นอกจากระบบหน่วย เอสไอ แล้ว ยังคงมีหน่วยอื่น ๆ เช่น ระบบตามนิยมของสหรัฐอเมริกา (U.S. customary system) มีใช้กันในสหรัฐอเมริกา ส่วนประเทศที่เหลือของโลกยอมรับหน่วยเอสไอ ระบบที่ใช้ในอเมริกาก็จะมีหน่วยของความยาว, มวล และเวลา นั่นก็คือ ฟุต (ft), สลัก (slug) และวินาที ตามลำดับ
ในหนังสือเล่มนี้ เราจะใช้หน่วยเอสไอ เพราะว่าเป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวางทั้งในวิทยาศาสตร์, วิศวกรรม และอุตสาหกรรม เราจะใช้หน่วยของอเมริกาบางอย่าง เพื่อใช้ในการศึกษากลศาสตร์คลาสสิก
นอกจากนี้พื้นฐานของหน่วยเอสไอก็คือ เมตร, กิโลกรัม และวินาที ส่วนที่เราจะเห็นหน่วยอื่น ๆ เช่น มิลลิเมตร และนาโนวินาที (Nanoseconds) ที่ซึ่งมีคำนำหน้า มิลลิ (milli-) และนาโน (nano-) มันเป็นการแสดงถึง ตัวคูณของหน่วยพื้นฐานของฐานเลขสิบยกกำลัง เป็นคำนำหน้าสำหรับตัวเลขสิบเพื่อชี้กำลัง (´ 10n) ที่มีอยู่มากมาย โดยตัวย่อสามารถดูได้ในตารางที่ 1.4
ค่าตัวเลข
|
เลขชี้กำลัง
|
สัญลักษณ์
|
คำนำหน้า
|
1 000 000 000 000 000 000 000 000
|
1024
|
Y
|
ย็อตต้า (Yotta-)
|
1 000 000 000 000 000 000 000
|
1021
|
Z
|
เซตต้า (Zetta-)
|
1 000 000 000 000 000 000
|
1018
|
E
|
เอ็กซา (Exa-)
|
1 000 000 000 000 000
|
1015
|
P
|
เพตา (Peta-)
|
1 000 000 000 000
|
1012
|
T
|
เทรา (Tera-)
|
1 000 000 000
|
109
|
G
|
จิกะ (Giga-)
|
1 000 000
|
106
|
M
|
เมกะ (Mega-)
|
1 000
|
103
|
k
|
กิโล (Kilo-)
|
100
|
102
|
h
|
เฮกโต (Hecto-)
|
10
|
101
|
da
|
เดกา (Deca-)
|
0.1
|
10-1
|
d
|
เดซิ (Deci-)
|
0.01
|
10-2
|
c
|
เซนติ (Centi-)
|
0.001
|
10-3
|
m
|
มิลลิ (Milli-)
|
0.000 001
|
10-6
|
m
|
ไมโคร (Micro-)
|
0.000 000 001
|
10-9
|
n
|
นาโน (Nano-)
|
0.000 000 000 001
|
10-12
|
p
|
พิโค (Pico-)
|
0.000 000 000 000 001
|
10-15
|
f
|
เฟมโต (Femto-)
|
0.000 000 000 000 000 001
|
10-18
|
a
|
แอตโต (Atto-)
|
0.000 000 000 000 000 000 001
|
10-21
|
z
|
เซพโต (zepto-)
|
0.000 000 000 000 000 000 000 001
|
10-24
|
y
|
ยอคโต (zepto-)
|
ตารางที่ 1.4 ชื่อเรียกขานนำหน้าในระบบเมตริกหรือเอสไอ
ยกตัวอย่าง 10-3 m มีค่าเท่ากับ 1 มิลลิเมตร (mm)
103 m มีค่าเท่ากับ 1 กิโลเมตร (km)
ทำนองเดียวกัน 1 kg เท่ากับ 103 g
1 เมกะโวลต์ (MV) เท่ากับ 106 V
ในตัวแปรของความยาว , เวลา และมวล เป็นตัวอย่างของ ปริมาณพื้นฐาน (Fundamental quantities) ส่วนตัวแปรที่เหลืออื่น ๆ ส่วนใหญ่ เป็น ปริมาณอนุพันธ์ (Derived quantities) ซึ่งเป็นการผสมผสานกันของหน่วยปริมาณขั้นพื้นฐาน
ในปริมาณพื้นฐาน แสดงเป็นปริมาณรวมกันในทางคณิตศาสตร์ ยกตัวอย่างเช่น พื้นที่ (Area) เช่น ตารางเมตร (m2: เป็นผลของความยาวของด้านทั้งสองคูณกัน) และความเร็ว (Speed) เมตรต่อวินาที (m/s: อัตราส่วนของความยาวต่อเวลา)
ตัวอย่างอื่น ๆ ของปริมาณอนุพันธ์คือ ความหนาแน่น (Density:r อ่านว่าโรห์) ของสารใด ๆ เป็นคำนิยามของมวลต่อหน่วยปริมาตร
r º m/V (1.1)
ในส่วนของปริมาณพื้นฐาน ความหนาแน่นเป็นอัตราส่วนของมวลต่อเมตรยกกำลังสาม (ลูกบาศก์เมตร) ยกตัวอย่างเช่น อลูมิเนียมมีความหนาแน่นอยู่ที่ 2.70 ´ 103 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร (kg/m3) และเหล็กมีความหนาแน่นอยู่ที่ 7.86 ´ 103 kg/m3
เมื่อหน่วยไม่ใช่ลูกบาศก์เมตร ค่าจะมีความแตกต่างกันอย่างมาก เช่น ลูกบาศก์เซนติเมตร โดยหน่วยเหล่านี้ดูได้ในตาราง ความหนาแน่นของวัสดุต่าง ๆ จะกล่าวในโอกาสต่อไป
1.2 สสาร และแบบจำลองการสร้าง
ถ้านักฟิสิกส์ไม่สามารถเรียนรู้ และมองเห็นปรากฏการณ์บางอย่างได้โดยตรง พวกเขาสามารถคิด หรือสร้าง แบบจำลอง (Model) ในระบบฟิสิกส์ให้มีความเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ได้ ยกตัวอย่างเช่น เราไม่สามารถมองเห็นอะตอมได้โดยตรง เพราะว่ามันมีขนาดที่เล็กมาก เพราะฉะนั้นเรามีความจำเป็นที่จะสร้างแบบจำลองของอะตอม โดยประกอบไปด้วยระบบของนิวเคลียส และมีอิเล็กตรอนที่โคจรวนรอบนิวเคลียส
รูปแบบจำลองอะตอม
แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window
รูปแบบจำลองอะตอม 2
เมื่อเราได้ระบุถึงองค์ประกอบทางฟิสิกส์ของแบบจำลองแล้ว เราก็จะสามารถทำนายเกี่ยวกับพฤติกรรมของมันได้ ซึ่งขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ระหว่างส่วนประกอบของระบบ หรือปฏิสัมพันธ์ระหว่างระบบ และสภาพแวดล้อมภายนอกระบบ
ตามตัวอย่าง พิจารณาพฤติกรรมของสสาร ตัวอย่างของสสารดังแสดงในรูป
รูประดับองค์ประกอบของสสาร
ถ้าเอาชิ้นวัตถุชิ้นหนึ่ง มาตัดแบ่งครึ่ง นำครึ่งหนึ่งที่แบ่งก็มาตัดแบ่งครึ่งอีก นำอีกครึ่งหนึ่งที่แบ่งก็ผ่าแบ่งครึ่งอีก ทำเช่นนี้เรื่อยไป จนมันเล็กลงเรื่อย ๆ ผ่าแบ่งครึ่งจนไม่สามารถตัดแบ่งได้อีกต่อไป จนไม่สามารถแยกแบ่งออกได้อีก แล้วใช้กล้องส่องจุลทรรศน์ (Microscope) ส่องดูเล็กไปจนถึงขอบเขตจุดสิ้นสุด โดยแนวคิดของนักปรัชญาชาวกรีซก็คือ ลีโอซิปปัส (Leucippus) และนักเรียนของเขา เดโมคริตัส (Democritus) ในกรีซเรียกว่า อะโตมอส (Atomos) มีความหมายถึง “สิ่งซึ่งไม่สามารถแบ่งได้อีก (Indivisible)” เมื่อมาใช้เป็นคำภาษาอังกฤษจึงเรียกว่า อะตอม (Atom)
จากแบบจำลองกรีซโครงสร้างของสสาร กล่าวว่าสสารประกอบไปด้วยอะตอม ตามคำอธิบายในรูประดับองค์ประกอบของสสาร นอกเหนือจากนั้น ยังไม่มีโครงสร้างเพิ่มเติมที่ถูกระบุในแบบจำลอง อะตอมเป็นอนุภาคขนาดเล็กมีความสัมพันธ์ซึ่งกัน และกัน แต่โครงสร้างภายในของอะตอมไม่ใช่เป็นส่วนหนึ่งของแบบจำลอง