Trong nghiên cứu khoa học, đo lường rất quan trọng, bởi nó cho phép sự chính xác khi bạn thực hiện một thí nghiệm khoa học hay giải các phương trình vật lý. Nó thực sự cần thiết trong cuộc sống hàng ngày: bạn cần đong, đo để làm bánh hay nấu nướng, treo khung tranh ảnh, hoặc xây dựng hay đóng đồ đạc. Khoa học sử dụng nhiều phép đo khác nhau, những thứ có thể hơi rắc rối. Bài báo này sẽ giải thích phần lớn các đo lường cơ bản.
Một chiều: Độ dài
Thật dễ khi đo độ dài của một đường thẳng trên một trang giấy khi dùng thước. Các vật mà dễ đo trong một chiều như đường thẳng, tính bằng inches. Nếu vật mà dài hơn, chúng ta đo chúng theo đơn vị feet, yards hoặc miles. Chúng là những đơn vị đo lường chúng ra vẫn dùng hàng ngày, nhưng chúng ta đã thực sự hiểu rõ vì sao chúng lại sử dụng như vậy hay chưa. Chúng ta phải nhớ 12 inches trong 1 foot, 3 feet trong một yard, và 5,280 feet trong 1 mile.
Nhà khoa học sử dụng một hệ thống đo lường đơn giản hơn được học là hệ mét (metric system), ở đó tất cả đơn vị đo đều liên quan đến những cái khác theo một bội số 10. Đơn vị chuẩn trong hệ này là 1 meter (m). Sử dụng một cái thước dây để xem 39 inches dài bao nhiêu; đó là độ dài của 1 mét. Một centimeter (cm) được dùng để đo độ dài ngắn hơn. Có 100 centimeters trong 1 meter. (Tiền tố centi- trong tiếng Latin có nghĩa là 1 trăm. Một đơn vị còn nhỏ hơn đó là 1 milimeter (mm), nó bằng với độ dày của 1 xu dime. Có 10 milimeter trong 1centimeter và 1000 milimeter trong 1 meter. Mili- có nghĩa là nghìn trong tiếng Latin. Đối với khoảng cách dài hơn, hệ mét sử dụng 1 kilometer (km), chính bằng 1000 meters. (Lần này thì tiền tố, kilo- bắt nguồn từ Hy Lạp và nó cũng có nghĩa là 1000.)
Hai chiều: Diện tích
Nếu đo cạnh của một hình vuông hoặc hình chữ nhật thì khó hơn một chút đúng không? Khoảng không bên trong một hình vuông (hoặc hình khác) được gọi là diện tích. Để đo diện tích ta cần 2 phép đo (bởi một hình vuông có 2 cạnh). Diện tích của nó bằng chiều dài nhân với chiều cao của chính nó. Đơn vị chúng ta dùng cho diện tích thông thường là in2 hoặc cm2 (đọc là “incheches bình phương” hoặc “centimeters bình phương”). Ví dục, nếu hình vuông có cạnh dài 10 cm, thì diện tích của nó là 10 cm x 10 cm = 100 cm2.
Ba chiều: Thể tích
Đối với vật 3D, chúng ta đo thể tích, chính là toàn bộ không gian mà vật đó chiếm chỗ. Để hình dung thể tích là gì, giả sử bạn có một thùng vuông hoàn toàn (chiều dài, độ rộng, và chiều cao tất cả bằng nhau) và có nắp bên trên mở và bạn có thể đổ nước vào trong đó. Nếu bạn đổ thật đầy đến tận nắp, bạn có một khối lập phương chất lỏng bên trong thùng. Không gian mà chất lỏng chiếm chỗ chính là thể tích của chiếc thùng. Bạn có thể đo lượngchất lỏng trong khối lập phuong để tìm ra thể tích của chiếc thùng. Đơn vị đo của phép đo này là ounces, cups, quarts, và pints. Trong hệ mét, đơn vị tiêu chuẩn của thể tích chất lỏng là liter (l). Đơn vị nhỏ hơn là militers (ml). Nhớ rằng mili- có nghĩ là một nghìn: 1000 militers trong 1 lit.
Nhưng nếu khối lập phương là rắn thì sao? Làm thế nào để đo thể tích của nó? Bạn sẽ thực hiện 3 lần đo (nhớ rằng, 1 hình khối có 3 chiều) và nhân chúng với nhau. Dài x Rộng x Cao = Thể tích. Nếu khối đó có cạnh dài 10cm thì thể tích của nó sẽ là 10 cm x 10cm x 10cm = 1000 cm3 (đọc 1 centimeters khối)
Đây là một sự thuận tiện: 1 cm3 bằng với 1 ml nước. Điều này có nghĩa sẽ dễ dàng so sánh thể tích chất lỏng với thể tích chất rắn. Nó cũng giúp chúng ta đo những vật hình dạng bất thường. Nếu bạn có một hòn đá, bạn không thể đo đúng chiều dài, chiều rộng, và cao của nó – nó không có dạng hình học quen thuộc như khối lập phương! Để tìm thể tích, bạn có thể đo thể tích lượng chất lỏng bị chiếu chỗ. Cho hòn đá vào một cốc nước và quan sát mực nước tăng lên bao nhiêu. Bởi vì viên đá đã lấy chỗ và đẩy nước lên trên. Nếu bạn đổ lượng nước ấy vào một bình đong graduated cylinder bạn có thể xác định lượng nước ấy là bao nhiêu. Nếu lượng nước là 25 ml, thì bạn biết thể tích của viên đá đo bằng thể tích của 25 ml nước. Vì viên đá là rắn, chúng ta đo chúng theo cemiter khối, và vì 1 cm3 bằng với 1 ml nước, nên chúng ta có thể xác định thể tích của viên đá là 25 cm3.
Luyện tập:
- Xác định thể tích của một thanh bơ theo cm3 bằng cách đo độ dài, độ rộng, độ cao và nhân 3 số đó với nhau. Ghi lại kết quả.
- Bỏ lớp vỏ của thanh bơ đó đi và đặt nó vào một chiếc cốc đo và bỏ vào lò vi sóng. Nấu thanh bơ trong khoảng 45-60 giây cho đến khi nó tan. Bạn cũng có thể dừng lò vi sóng và đảo một vài lần để cho thanh bơ tan đều.
- Khi nó tan hoàn toàn, quan sát vạch bơ trên thành cốc. Thể tích của thanh bơ ở dạng lỏng có bằng thể tích của khối bơ lúc trước không? Làm sao bạn biết được? (Gợi ý: ½ cup bằng 118 ml.)
Khối lượng và trọng lượng
Có hai phép đo quan trọng khác mà các nhà khoa học hay sử dụng: khối lượng và trọng lượng. Trên trái đất chúng ta đo khối lượng (có bao nhiêu vật chất) bằng tính trọng lượng (vật nặng bao nhiêu). Đại lượng cùng đo khối lượng vật, vì vậy chúng ta có xu hướng nghĩ rằng khối lượng và trọng lượng là như nhau. Nhưng trọng lượng thì phụ thuộc vào bao nhiêu lực hấp dẫn kéo bạn xuống. Nếu bạn bước lên chiếc cân được đặt trên mặt trăng, nơi mà ít lực hấp dẫn hơn, thì bạn sẽ có trọng lượng ít hơn, nhưng cơ thể của bạn thì không hề thay đổi khối lượng – vẫn là khối lượng của bạn trên Trái Đất. Đơn vị đo lường chuẩn cho khối lượng là 1 gram, nó là một đơn vị rất nhỏ. Một gram có khối lượng tương tự một chiếc kẹo gôm hình gấu.
Cân, như cân lò xo hoặc cân sức khỏe, đo trong lượng. Nó hoạt động vì trọng lực kéo vật xuống nén lò xo. Một cái cân đòn đo khối lượng. Một bên bạn đặt vật muốn cân lên, và bên kia bạn thêm thứ gì đó mà bạn đã biết khối lượng của nó, như các quả nặng. Khi cả hai bên thăng bằng, bạn biết vật đó nặng bằng khối lượng những vật mà bạn đã đặt lên đĩa cân bên kia.
Luyện tập:
Quan sát đo khối lượng với một cái cân thăng bằng 2 đĩa cân hoặc một cái cân đòn trong phòng thí nghiệm. Đặt một quả táo lên một đĩa cân, và ở đĩa bên kia đặt thêm một quả cân 1 gram (hoặc các quả cân khác trong bộ quả cân) cho đến khi hai đĩa cân bằng. Đếm xem có bao nhiêu quả cân đã được bỏ lên đĩa để đĩa cân thăng bằng với đĩa có quả táo – đó chính là khối lượng của quả táo. (Nó cũng cho biết táo nặng bao nhiêu, vì khối lượng và trọng lượng là tương đương nhau khi trên trái đất).
Khối lượng riêng
Tại sao các vật có cùng kích cỡ lại có thể có trọng lượng khác nhau? Câu trả lời đó là khối lượng riêng của chúng. Khối lượng riêng của vật được xác định bằng so sánh khối lượng của vật cùng thể tích. Nếu bạn so sánh một viên đá và một cái nút chai rượu vang có cùng kích cỡ (thể tích bằng nhau), thì cái nào sẽ nặng hơn? Đó là viên đá vì nó có nhiều khối lượng hơn. Viên đá có mật độ lớn hơn cái nút chai kia, vì vậy có nhiều khối lượng hơn được gói trong 1 cùng thể tích,– đó là bởi vì cấu trúc nguyên tử của nguyên tố, phân tử, hợp chất đã tạo nên nó. Để xác định khối lượng riêng, ta chia khối lượng (g) cho thể tích (ml). Câu trả lời sẽ là gram trên mililter, g/ml. (Nhớ rằng, bạn có thể đo thể tích của một vật rắn có hình dạng bất thường bằng quan sát bao nhiêu ml nước đã bị nó chiếm chỗ)
Luyện tập:
Chất rắn không phải là chất duy nhất có khối lượng riêng khác nhau. Hãy thử những thí nghiệm khác để tìm hiểu về khối lượng riêng của chất lỏng.
Source: https://learning-center.homesciencetools.com/article/metric-measurements/
Lê Hải Thanh – dịch
