บทนำ การวัดและ
หน่วยของการวัด

วิทยาศาสตร์

วิทยาศาสตร์ มาจากภาษาลาติน “Scientia” หมายความว่าความรู้ทั่วไป ซึ่งเป็นความรู้ที่ได้จากการศึกษาธรรมชาติ ซึ่งสามารถพิสูจน์ผ่านกระบวนการแสวงหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ และสรุปได้ว่าถูกต้องและเป็นความจริง

การแสวงหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์นั้นต้องอาศัยกระบวนการแสวงหาความรู้ ดังนี้

1. วิธีการทางวิทยาศาสตร์
2. ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์
3. เจตคติทางวิทยาศาสตร์ 

วิทยาศาสตร์สามารถแบ่งได้เป็น วิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ และวิทยาศาสตร์ประยุกต์ 

• วิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ คือ วิทยาศาสตร์กายภาพ วิทยาศาสตร์ชีวภาพ และวิทยาศาสตร์สหสาขาวิชา
• วิทยาศาสตร์ประยุกต์ คือ วิศวกรรมศาสตร์ เกษตรศาสตร์ แพทย์ศาสตร์ เป็นต้น

ข้อดีของวิทยาศาสตร์

คือ ทำให้มีการพัฒนาในด้านต่างๆ เช่น

1. พัฒนาที่อยู่อาศัย
2. พัฒนาด้านโภชนาการ
3. พัฒนาด้านการแพทย์
4. พัฒนาด้านเครื่องนุ่งห่ม พัฒนาด้านเกษตร 
5. พัฒนาด้านการคมนาคมเป็นต้น

ดังนั้น จัดได้ว่าวิทยาศาสตร์มีความสำคัญต่อการพัฒนาประเทศในปัจจุบัน

การค้นหาความรู้จากปรากฏการณ์ในธรรมชาติ

1. จากการสังเกต การบันทึก การทดลอง การวิเคราะห์ข้อมูล และการสรุปผล 
   เพื่อที่จะหาคำอธิบายปรากฏการณ์ที่สังเกตนั้น หรือตั้งเป็นทฤษฎีที่เป็นเหตุเป็นผลสอดคล้องกับสิ่งที่สังเกตเห็น หรือผลการทดลองนั้น ไ ขึ้นมาในแนวทางนี้อาจต้องทำการทดลองซ้ำหลายๆ ครั้ง เพื่อเพิ่มความเชื่อมั่นในความถูกต้องของคำอธิบายและทฤษฎีนั้น

2. จากการสร้างแบบจำลอง 
   เป็นการใช้ความคิดริเริ่มสร้างสรรค์ และความมีเหตุผล และมีความรู้พื้นฐานในเรื่องนั้น ๆ เป็นอย่างดี นำมาประกอบกันในการสร้างทฤษฎีใหม่ขึ้นมา ซึ่งไม่เคยคิดกันมาก่อนโดยทฤษฎีที่สร้างขึ้นมานี้จะเป็นที่ยอมรับว่าใช้ได้ก็ต่อเมื่อสามารถนำไปอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ ได้สอดคล้องกับข้อมูลที่ได้จากการทดลอง หรือต้องมีผลการทดลองที่ยืนยันสนับสนุน ทฤษฎีนั้นจึงเป็นที่ยอมรับว่าใช้ได้
   

การวัดและหน่วยของการวัด

1. การแสดงผลของการวัดและการอ่านผลจากเครื่องมือวัด

   • การอ่านค่าจากเครื่องมือวัดแบบแสดงผลด้วยขีดสเกล ต้องทราบความละเอียดของเครื่องมือวัดนั้นๆ เช่น ไม้บรรทัดที่มีช่องสเกลเล็กที่สุดเท่ากับ 0.1 เซนติเมตร สามารถอ่านได้ละเอียดที่สุดเพียงทศนิยมตำแหน่งเดียวของเซนติเมตรเท่านั้น และต้องประมาณค่าตัวเลขหลังทศนิยมตำแหน่งที่สอง เช่น 8.30 เซนติเมตร ถ้ามั่นใจว่าความยาวยาวเท่ากับ 8.3 พอดี ตัวเลขที่ประมาณขึ้นมาก็คือ 0

   • การอ่านค่าจากเครื่องวัดแบบแสดงผลด้วยตัวเลข สามารถอ่านได้โดยตรงตามตัวเลขบนจอภาพ
     เช่น เวลา 10.10 นาฬิกา ก้อนหินหนัก 1.53 กิโลกรัม เป็นต้น ไม่ต้องบอกค่าประมาณ
     

2. การเลือกใช้เครื่องมือวัด

   • ต้องคำนึงถึงประเภทของความละเอียดที่ต้องการวัด เช่น การวัดความยาวทั่ว ๆ ไป ควรใช้ตลับเมตรหรือไม้เมตร แต่สำหรับงานที่ต้องการความละเอียด ควรใช้ เวอร์เนียร์ หรือ ไมโครมิเตอร์

3. หน่วยของการวัด เป็นการกำหนดมาตรฐานเพื่อเป็นหน่วยกลางทางวิทยาศาสตร์ เรียกว่า หน่วยระหว่างชาติ (International System of Units) และกำหนดให้ใช้อักษรย่อแทนชื่อระบบนี้ว่า "SI" 

   • หน่วยฐาน (Base Units) เป็นหน่วยหลักของเอสไอ ทั้งหมด 7 หน่วย ดังตาราง
     

     ปริมาณ	ชื่อหน่วย	สัญลักษณ์
     ความยาว	เมตร	m
     มวล	กิโลกรัม	kg
     เวลา	วินาที	s
     กระแสไฟฟ้า	แอมแปร์	A
     อุณหภูมิ อุณหพลวัติ	เคลวิน	K
     ปริมาณของสาร	โมล	mol
     ความเข้มของ การส่องสว่าง	แคนเดลา	cd

   • หน่วยเสริม (Suppilmentary Units) หน่วยเสริมของระบบ SI มี 2 หน่วย คือ เรเดียน (Radian: rad) เป็นหน่วยวัดมุมในระนาบ และ สตีเรเดียน (Steradian: sr) เป็นหน่วยวัดมุมตัน

   • หน่วยอนุพันธ์ (Derived Units) เป็นหน่วยซึ่งมีหน่วยฐานหลายหน่วยมาเกี่ยวข้องกัน หน่วยนี้มีอยู่หลายหน่วยและบางหน่วยก็ใช้ชื่อและสัญลักษณ์เป็นพิเศษ เช่น หน่วยเมตร/วินาที (m/s), กิโลกรัมเมตรต่อวินาทีกำลังสอง (kg.m/s2) หรือนิวตัน (N), จูลต่อวินาที (J/s) หรือวัตต์ (w)

4. การบันทึกปริมาณที่มีค่ามากหรือน้อยและการปลี่ยนหน่วย

   • ตัวพหุคูณ คือ 10ⁿ เป็นการเขียนเพื่อลดรูปปริมาณที่ใหญ่มากๆ หรือเล็กมากๆ

   • คำอุปสรรค คือ สัญลักษณ์แทนค่าตัวพหุคูณบางค่า ดังตาราง
     

     ตัวนำหน้า	สัญลักษณ์	ตัวคูณ
     Exa-	E	1018
     Peta-	P	1015
     Teta-	T	1012
     Giga-	G	109
     Mega-	M	106
     Kilo-	K	103
     Hecto-	H	102
     Deka-	Da	101
     Deci-	D	10-1
     Centi-	C	10-2
     Milli-	M	10-3
     Micro-		10-6
     Nano-	n	10-9
     Pico-	p	10-12
     Femto-	f	10-15
     Atto-	a	10-18

     • ตัวอย่าง ก้อนหินมวล 0.4 มิลลิกรัมมีมวลกี่กิโลกรัม
       

       วิธีที่ 1 เทียบบัญญัติไตรยางศ์

       เปลี่ยนมิลลิกรัม -----> กรัม-----> กิโลกรัม ตามลำดับ วิธีทำ  มิลลิกรัม = 1 กรัม     =0.4 มิลลิกรัม     =      =  กรัม ดังนั้น  กรัม     =     =  กิโลกรัม

       
       

       วิธีที่ 2 ใช้ตัวพหุคูณ

       (**เอาตัวตั้งคูณ ตัวเปลี่ยนหาร) วิธีทำ ตัวตั้ง คือ m (มิลลิ) =          ตัวเปลี่ยน คือ k (กิโล) =  ดังนั้น =        =  กิโลกรัม

5. เลขนัยสำคัญ ตัวเลขที่อ่านได้จากสเกลของเครื่องมือวัด รวมกับตัวเลขที่ได้จากการคาดเดาอีก 1 ตำแหน่ง

   • การนับเลขนัยสำคัญ

     1. ตัวเลขทุกตัวที่ไม่ใช่ตัวเลข 0 เป็นเลขนัยสำคัญทั้งหมด เช่น 1.6, 11.2, 2548 และ 8.976 มีเลขนัยสำคัญเท่ากับ 2, 3, 4 และ 4 ตัว ตามลำดับ
     2. ตัวเลข 0 ถือว่าเป็นเลขนัยสำคัญ เช่น 205 , 2.035, 1.3000 มีเลขนัยสำคัญ 3, 4, 5 
        ตามลำดับ ยกเว้น ตัวเลข 0 ที่อยู่ทางซ้ายมือ
        ไม่ถือว่าเป็นเลขนัยสำคัญ เช่น 0.0025 มีเลขนัยสำคัญ 2 ตัว 
     3. ถ้าเขียนให้อยู่ในรูปของ  
        ให้พิจารณาเฉพาะ A เท่านั้น ไม่ต้องคำนึงถึง n เช่น  มีจำนวนเลขนัยสำคัญ 3 ตัว

   • การบวก การลบ การคูณ และการหารเลขนัยสำคัญ

     1. การบวก-ลบ ผลลัพธ์ต้องมีตำแหน่งทศนิยมเท่ากับตำแหน่งทศนิยมน้อยสุดของจำนวนที่นำมาบวกลบกัน
     2. การคูณ-หาร ผลลัพธ์ที่ได้จะต้องมีเลขนัยสำคัญเท่ากับเลขนัยสำคัญตัวที่น้อยที่สุด
        • ตัวอย่าง จงหาผลลัพธ์
        • 1) 1.5 + 65.243 + 10.12 
          วิธีทำ  คำตอบของ 1.5 + 65.243 +10.12 มีค่าเท่ากับ 76.863
          (.863 มี 3 ตำแหน่ง) แต่จำนวนที่นำมาบวกมีตำแหน่งทศนิยมน้อยสุดคือ 2 ตำแหน่ง ดังนั้นคำตอบที่ถูกต้องควรเป็น 76.9
        • 2) 123.45 X 3.0
          คำตอบของ 123.45 X 3.0 มีค่าเท่ากับ 370.350 ซึ่งมีจำนวนเลขนัยสำคัญ 6 ตัว แต่จำนวนที่นำมาคูณกันมีจำนวนเลขนัยสำคัญน้อยสุดคือ 2 ตัว
          ดังนั้นคำตอบที่ถูกต้องควรเป็น 3.7 x 10²

6. ความไม่แน่นอนในการวัด

   • ความคลาดเคลื่อนของผลลัพธ์จากการบวกสามารถคิดจากปริมาณความคลาดเคลื่อนจริงของแต่ละตัวมาบวกกัน (**การบวกลบ ค่าความคลาดเคลื่อนบวกกันเสมอ)
     

   • ความคลาดเคลื่อนของผลลัพธ์จากการคูณหาร สามารถคิดจากเปอร์เซนต์ของความคลาดเคลื่อนของแต่ละตัวมาบวกกัน (** การคูณหาร ค่าความคลาดเคลื่อนบวกกันเสมอ)