ملتقى الفيزيائيين العرب - الميزان والقبّان

الميزان والقبّان

الميزان لغةً آلة الوزن، وجمعها موازين، ومن معانيها أيضاً حجارة أو حديد تُسوَّى بمقدار معين يعرف بها وزن الأشياء. والقبّان نوع من الموازين أو القسطاس الذي يوزن به، وهو أقوم الموازين وأعدلها؛ وجمعه قساطيس، وورد ذكره في القرآن الكريم: ]وزِنُوا بالقِسْطَاسِ المُسْتَقيم[(الإسراء 35 والشعراء 182) بمعنى زنوا بالميزان العدل ولا تُخسِروا. والميزان balance أو scale في الاستعمال الحديث آلة ميكانيكية أو إلكترونية لمقارنة وزني جسمين أو كتلتين أو لتحديد فارق الكتلة بينهما لأغراض علمية أو صناعية أو تجارية.

http://www.rjeem.com/uploadcenter/up...1354665001.gif

لمحة تاريخية

إن كلمة وزن تاريخياً تعني طريقة قياس الكتلة بالميزان المعروف ذي الكفتين، غير أن استخدامها المعاصر ربما دل على طريقة قياس وزن مختلفة تماماً عن الميزان التقليدي. والميزان من أقدم وسائل القياس، وأبسط أشكاله الميزان المتساوي الذراعين الذي ترجع أصوله في بلاد المشرق إلى نحو 5000 عام قبل الميلاد، وقد استعمله قدماء المصريين وسكان بلاد الرافدين وبلاد الشام، وكان يتألف من قضيب أو عارضة (عاتق beam) تعلق من وسطها (مركز ثقلها)، وفي طرفيها كفّتان متوازنتان معلقتان بحبال من ليف أو جلد، فإن وضع في إحدى الكفتين جسم وزنه (كتلته) غير معروف، ووضع في الكفة الأخرى أثقال معروفة الوزن حتى تتوازن الكفتان، يكون وزن ذلك الجسم مكافئاً لتلك الأثقال. كذلك استعمل الرومان في مطالع عصر الميلاد الميزان القبّاني steelyard، ونقله العرب عنهم، وعرف بالقبّان الروماني. وقد ظل النوعان المذكوران من الموازين هما الأكثر شيوعاً في أنحاء مختلفة من العالم، وأدخلت عليهما تحسينات وتعديلات كثيرة نجمت عنها عدة أنواع من الموازين والأثقال المستعملة في الوزن [ر. الأوزان والمقاييس]. وقد جرت على الميزان البسيط فيما بعد تحسينات عدة؛ منها إدخال محور متحرك للتعليق في مركز العاتق. ومنها كذلك ابتكار شفرة المسند أو ما يسمى «حد السكين» knife-edge في القرن الثامن عشر التي أدت إلى ظهور الموازين الحديثة. وفي القرن التاسع عشر كانت أوربا رائدة صناعة أكثر الموازين الميكانيكية دقة في العالم، في حين شهد القرن العشرون ولادة الموازين الإلكترونية الحديثة التي تعتمد مبدأ التعويض الكهربائي بدلاً من الانحراف الميكانيكي.

http://www.rjeem.com/uploadcenter/up...1354665001.gif

مبدأ عمل الميزان

http://www.phys-sa.com/kleeja/uploads/13681292761.jpg

http://www.phys-sa.com/kleeja/uploads/13681296061.jpg

إن أسهل طريقة لاستعمال الميزان هي الوزن المباشر. فلدى وضع كتلة ما (عينة) مجهولة الوزن في إحدى الكفتين يميل العاتق بزاوية معينة تتناسب مع وزن الكتلة. يمكن أن يقاس مقدار انحراف الميزان بوساطة مؤشر مثبت على العاتق ويتحرك على سلم مدرج بواحدات قياس الوزن، أو بوساطة مرآة عاكسة على العاتق تعكس الانحراف على سلم تدريجات بعيد. فإذا كانت الكتلة المجهولة الوزن كبيرة إلى درجة يخرج عندها المؤشر عن حدود الميزان يُعمد إلى وضع أثقال معروفة تدعى صنجات (واحدتها صنجة poise) في الكفة الثانية ليعود العاتق إلى التوازن، ويكون وزن الكتلة مكافئاً لمجموع وزن الأثقال و مقدار الانحراف على سلم التدريجات الذي يشير إليه المؤشر

http://www.rjeem.com/uploadcenter/up...1354665001.gif

القبَّان

http://www.phys-sa.com/kleeja/uploads/13681296062.jpg

يتألف القبَّان من عاتق طويل يرتكز على نقطة استناد غير مركزية، ويقاس الوزن بتوازن ثقل معلوم معلق على الذراع الطويل مع الحمل المجهول المعلق على الذراع القصير من العاتق. وهذا هو الاختلاف الرئيسي بين القبَّان والميزان المتساوي الذراعين الذي تكون نقطة استناده في المركز. عندما يعلّق الحمل المجهول الوزن، أو يوضع في مكانه على القبَّان؛ يُزلق الثقل المعلوم على الذراع الطويل نحو الأمام أو الخلف حتى يتوازن مع الحمل، وبمقارنة موضع الثقل على تدريجات الذراع الطويل يتم تحديد وزن الحمل.

http://www.rjeem.com/uploadcenter/up...1354665001.gif

للاستزادة