การวัดและหน่วยวัด

การวัดและหน่วยวัด

ขั้นตอนหนึ่งของการที่จะได้มาซึ่งความรู้ทางวิทยาศาสตร์ต้องอาศัยการบันทึก การทดลอง โดยทารบันทึกและการทดลองจะให้ผลที่เที่ยงแท้ แม่นยำ ต้องอาศัย การวัด นอกจากนี้แล้วการวัดยังกี่ยวข้องกับการดำเนินชีวิตของคนเราตั้งแต่เกิดจนลาโลกไปสิ่งสำคัญในการวัดมีด้วยกัน 2 ประการ คือ

1. เครื่องมือเครื่องมือวัด หมายถึงปริมาณมาตรฐาน (Standard) ซึ่งเป็นตัวแทนของหน่วยวัด โดยที่การวัดเป็นปฏิบัติการทางเทคนิคที่ต้องปฏิบัติตามวิธีการวัดที่กําหนดขั้นตอนไว้แล้ว เพื่อการเปรียบเทียบกันระหว่างปริมาณทางกายภาพใด ๆ ที่ถูกวัดและปริมาณมาตรฐาน โดยผลวัดจะบอกทั้งขนาดและมิติ

2. วิธีการ วิธีการในการวัดต้องเหมาะสมกับเครื่องมือนั้นๆ เพื่อได้ข้อมูลที่ทุกคนยอมรับ สำหรับงานเก็บข้อมูลทางวิทยาศาตร์มาตรฐานของเครื่องมือและวิธีการของการวัดเป็นสิ่งสำคัญมากเพื่อความเชื่อถือของข้อมูลที่ได้มา

การกำหนดมาตราวัดปริมาณต่างๆ มีการพัฒนาตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบันมีด้วยกันหลายระบบทั้งของไทยและต่างประเทศปัจจุบันมาตราวัดความยาวของไทยในอดีตยังใช้อยู่บ้างเช่น การวัดความยาวเป็นวา โดย 1 วามีค่าเท่ากับ 2 เมตร หรือพื้นที่ก็ยังใช้เป็นตารางวา โดย

1 ตารางวาเท่ากับ 4 ตารางเมตร หรือ พื้นที่ 1 ไร่ มี 400 ตารางวา เป็นต้น

ในต่างประเทศก็มีเหมือนกัน มีการใช้มาตรการวัดหลายๆ ระบบ ซึ่งทำให้เกิดความยุ่งยากในการเปรียบเทียบของระบบต่างๆ เนื่องจากหน่วยของมาตราวัดแต่ละระบบจะแตกต่างกัน

ในปี พ.ศ. 2503 ได้มีการประชุมร่วมกันของนักวิทยาสาตร์ จากหลายๆ ประเทศเพื่อตกลงให้มีระบบการวัด ปริมาณต่างๆ เป็นระบบมาตรฐานระหว่างชาติ ที่เรียกว่า หน่วยระหว่างชาติ (International System of Units หรือ Systeme-International d’ Unites) และกำหนดให้ใช้อักษรย่อแทนชื่อระบบนี้ว่า “SI” หรือ หน่วยเอสไอ (SI unit) เพื่อใช้ในการวัดทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ระบบหน่วยระหว่างชาติ หรือ เอสไอ ประกอบด้วย หน่วยฐาน หน่วยอนุพัทธ์ และคำอุปสรรค ซึ่งมีรายละเอียดดังนี้

หน่วยฐาน (Base Units)เป็นหน่วยหลักของเอสไอ มีทั้งหมด 7 หน่วย ดังตาราง

หน่วยอนุพัทธ์ (Derived Units) เป็นหน่วยซึ่งมีหน่วยฐานหลายหน่วยมาเกี่ยวข้องกัน เช่น หน่วยของความเร็วเป็น เมตร/วินาที ซึ่งมีเมตร และวินาทีเป็นหน่วยฐาน หน่วยนี้มีอยู่หลายหน่วย และบางหน่วยก็ใช้ชื่อสัญลักษณ์เป็นพิเศษ ดังตัวอย่างในตาราง

คำอุปสรรค (PreFixes)เมื่อค่าในหน่วยฐานหรือหน่วยอนุพันธ์น้อยหรือมากเกินไปเราอาจเขียนค่านั้นอยู่ในรูปตัวเลขคูณด้วยตัวพหุคูณ (ตัวพหุคูณ คือ เลขสิบยกกำลังบวกหรือลบ) ได้เช่น ระยะทาง 0.002 เมตร เขียนเป็น 2x10-3 เมตร ตัวพหุคูณ 10-3 แทนด้วยคำอุปสรรคมิลลิ (m) ดังนั้น ระยะทาง 0.002 เมตร อาจเขียนได้ว่า 2 มิลลิเมตร คำอุปสรรคที่ใช้แทนตัวพหุคูณและสัญลักษณ์ แสดงไว้ในตาราง

ความรู้ต่าง ๆ ทางวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความรู้ทางฟิสิกส์ที่มีการค้นพบข้อมูลใหม่ ๆ ต้องอาศัยเครื่องมือวัด และผู้ที่จะใช้ก็ต้องทำความรู้จัก ทำความเข้าใจเกี่ยวกับการใช้เครื่องมือวัดต่าง ๆ ให้ถ่องแท้ เพื่อจะได้สามารถตัดสินใจเลือกใช้เครื่องมือวัดให้เหมาะสมกับงานที่ทำ เพื่อความปลอดภัยในการทำงาน ประหยัดเวลา เช่น การวัดอุณหภูมิในเตาเผา ซึ่งมีอุณหภูมิสูงมากเป็นพันองศาเซลเซียส เทอร์โมมิเตอร์แบบหลอดแก้ว ภายในบรรจุของเหลว ใช้วัดอุณหภูมิไม่ได้ ต้องวัดด้วย ไพโรมิเตอร์ (Pyrometer)

เครื่องมือวัดต่าง ๆ ทางวิทยาศาสตร์มีการพัฒนาออกมาเรื่อย ๆ ควรติดตามสอบถามจากบริษัทผู้ผลิต หรือบริษัทจำหน่ายเครื่องมือวัดทางวิทยาศาสตร์ เพื่อจะได้ทราบข้อมูลข่าวสาร ประโยชน์และวิธีการใช้เครื่องมือวัดเหล่านั้น เพื่อช่วยให้ประหยัดเวลาในการค้นหาความรู้ใหม่

1.1 การแสดงผลของการวัดเครื่องมือวัดทุกชนิดจะมีภาคแสดงผลการวัดให้ผู้วัดได้ทราบค่าเพื่อจะได้นำไปบันทึกผลการวัด แล้วนำไปวิเคราะห์ เพื่อใช้งานต่อไป ในปัจจุบันภาคแสดงผลการวัดของเครื่องมือวัดมี 2 แบบ คือ แบบ ขึดสเกล และ แบบตัวเลข

(1) การแสดงผลด้วยขีดสเกล เป็นรูปแบบการแสดงผลที่ใช้กันมานานแล้วจนถึงปัจจุบัน เช่น สเกลไม้บรรทัด สเกลของตาชั่ง สเกลบนกระบอกตวง สเกลบนหน้าปัดนาฬิกาแบบเป็นเข็ม สเกลเครื่องวัดทางไฟฟ้าแบบเข็ม เป็นต้น ผู้วัดจะต้องมีความชำนาญ จึงจะอ่านได้รวดเร็วและถูกต้อง 

(2) การแสดงผลแบบตัวเลข เนื่องจากเทคโนโลยีด้านไมโครอิเล็กทรอนิกส์ได้พัฒนาอย่างรวดเร็ว ทำให้เครื่องมือวัดหลายชนิด แสดงผลการวัดเป็นตัวเลข เพื่อความสะดวกรวดเร็ว และราคาก็ไม่แพงมากนักจึงได้รับความนิยม และใช้กันอย่างแพร่หลาย เช่น นาฬิกาข้อมือ เครื่องชั่งเทอร์โมมิเตอร์ เป็นต้น

การอ่านผลจากเครื่องมือวัด

การอ่านผลจากเครื่องมือวัดทั้งแบบขีดสเกลและแบบตัวเลข ค่าที่อ่านได้ จะเป็นตัวเลข แล้วตามด้วยหน่วยของการวัด เช่น ปากกายาว 14.45 เซนติเมตร ตูมตามมีมวล 46.525 กิโลกรัม เป็นต้น การอ่านค่าจากเครื่องวัดให้ถูกมีวิธีการดังนี้

(1) การอ่านค่าจากเครื่องมือวัดแบบแสดงผลด้วยขีดสเกล ก่อนอ่านเราต้องทราบความละเอียดของเครื่องมือวัดนั้น ๆ เสียก่อน ว่า สามารถอ่านได้ละเอียดที่สุดเท่าไร เช่น ไม้บรรทัดที่มีช่องสเกลเล็กที่สุดเท่ากับ 1 มิลลิเมตร หรือ 0.1 เซนติเมตร เราก็สามารถอ่านได้ละเอียดที่สุดเพียงทศนิยมตำแหน่งเดียวของเซนติเมตรเท่านั้น และเราต้องประมาณค่าตัวเลขหลังทศนิยมตำแหน่งที่สองเพื่อให้ได้ผลการวัดใกล้เคียงความจริงที่สุดดังรูป และทุกครั้งที่อ่านค่าจากเครื่องวัดแบบสเกล ไม่ว่าชนิดใดก็ตามต้องให้ระดับสายตาที่มองตั้งฉากกับเครื่องวัดทุก ๆ ครั้ง เพื่อจะได้ผลการวัดใกล้เคียงความจริงที่สุด

(ก) อ่านได้ 8.33 หรือ 8.34 หรือ 8.35 เซนติเมตร ตัวเลขตัวสุดท้ายคือ 3, 4 และ 5 เป็นตัวเลขที่ประมาณขึ้นมาเพื่อให้ค่าให้เคียงความเป็นจริง

(ข) อ่านได้ 8.30 เซนติเมตร ถ้ามั่นใจว่าความยาว AB ยาว 8.3 พอดี ตัวเลขที่ประมาณขึ้นมาก็คือ ศูนย์

(ค) อ่านได้ 8.00 เซนติเมตร ถ้ามั่นใจว่าความยาว AB ยาว 8 เซนติเมตร พอดีต้องแสดงความละเอียดด้วยศูนย์ตัวแรก และบอกค่าประมาณอีก 1 ตัว คือ ศูนย์ตัวที่สอง

2. การอ่านค่าจากเครื่องวัดแบบแสดงผลด้วยตัวเลข สามารถอ่านได้โดยตรงตามตัวเลขบนจอภาพ เช่น เวลา 10.10 นาฬิกา ของหนัก 1.53 กิโลกรัม เป็นต้น ไม่ต้องบอกค่าประมาณ สำหรับค่าความไม่แน่นอน หรือความคลาดเคลื่อนของผลการวัดนั้น ถ้าจำเป็นจะต้องระบุ ให้ดูจากคู่มือการใช้งานของเครื่องมือวัดนั้น ๆ