Os humanos medem as coisas. Obsessivamente. Chame isso de compulsão, talvez, mas é da nossa natureza. De algemas de pressão arterial ao espectrofotofluorômetro extremamente específico, quantificamos tudo. Ciência? Ainda mais. E o basebol, obviamente.
Físicos constroem modelos. Equações como a lei do gás ideal ` ‘PV = nRT’. Diz O dobro da temperatura (supondo que nada mais mude), você dobra a pressão. Uma linha teórica limpa. Mas a teoria não é suficiente. Você tem que verificar se o mundo realmente escuta. Esse é o loop: modelo, em seguida, medir, em seguida, medir novamente, em seguida, atualizar o modelo. É basicamente isso.
Aqui está o segredo por trás de cada gadget que você já viu. Não importa o quão elegante seja o invólucro, a medição se resume a duas estratégias antigas. Comparação ou Contagem. Não mudou desde que Noé construiu uma arca com côvados (comprimento do antebraço). Apenas ligeiramente refinado.
A arte da comparação
O comprimento é o ponto de partida óbvio. Pegue um lápis. Pegue uma régua. Alinhe-os. * Comparação.* São 18,7 centímetros. (Cientistas como metric.) Você está apenas verificando quantas unidades de régua se encaixam na unidade de lápis.
Espere—como você confia no governante? Isso é correcto? Esse é o problema das normas, que ignoraremos. Por enquanto, suponha que o governante diga a verdade.
Às vezes, a comparação é absurda. Em 1958, os estudantes do MIT queriam a extensão de uma ponte do Rio Charles. Eles não usaram fita métrica. Usaram um tipo. Oliver Smoot foi baixo. Deitou-se. Eles marcaram sua posição em giz. Eles moveram-no. Repito. A ponte tinha 364,4 Smoots de comprimento, ” mais ou menos uma orelha.”
Consegues inventar isso? Provavelmente não. Smoot eventualmente dirigiu a Organização Internacional para Padronização mais tarde na vida. Em 2015, ele era três centímetros mais baixo do que afirmava. A física funciona mesmo em engenheiros aposentados.
Mas, principalmente, a comparação depende da distância. Os dispositivos analógicos mapeiam os valores no espaço físico.
Olhe para o relógio de sol.
Os gregos antigos amavam-nos. Uma lâmina triangular (gnômon) lança uma sombra. A sombra se move enquanto o sol rastreia o céu. Como você lê o tempo? Você mede a distância da sombra do ponto do Meio-dia. Distância diz-lhe que é 2: 10 pm.
A sombra muda dependendo de onde você está. Mover o mostrador de Esparta para Atenas? Estás atrasado. Geografia quebra a matemática se você não contabilizar isso.
Olhe para aquele velho relógio IBM. “IBM” significava máquinas de Negócios Internacionais naquela época. Não apenas computadores. Olhe para as mãos. Onde estão eles? A posição da mão é uma distância percorrida em torno de um círculo. Distância = Tempo.
Dinamómetros? O mesmo truque. Uma mola dentro se estende quando você pendura um peso nela. Basicamente, a lei de Hooke. Quanto mais alongamento, mais força. O ponteiro move-se através de um mostrador. Novamente-distância.
Que tal uma balança? Coloque ouro Desconhecido de um lado. Adicione pesos padrão no outro até equilibrar. Não há molas envolvidas. Comparação directa. Foi assim que os avaliadores trabalharam na Corrida do ouro. Por quê?
As molas medem o peso. O peso é apenas a gravidade que puxa a massa. A gravidade não é uniforme. A sua massa é a mesma em Nova Iorque e em Paris, mas o seu peso não é. uma balança anula a gravidade. A gravidade local puxa em ambos os lados igualmente. Mais difícil de enganar, também.
Quase todas as ferramentas analógicas funcionam assim. Eles convertem uma variável em um deslocamento físico. Então você compara esse deslocamento com uma referência conhecida.
A alegria de contar
Dinâmica populacional? Jogo diferente. Os coelhos comem trevo. Os lobos comem coelhos. Remova os lobos. A população de coelhos explode. Em seguida, os recursos se esgotam. Boom. Acidente.
Você não está comparando distâncias aqui. Estás a contar coelhos.
Valores discretos. Essa é a mudança. Um temporizador digital antigo clica. 1. 2. 3. Não varre. Salta.
Digital vem de dígitos. Dedos. Antes dos computadores, a contagem era analógica. Agora?
A electrónica esconde-se atrás do binário. 0s e 1s.mas ainda é apenas contando Estados. O temporizador do laboratório? Digital. Ele clica através de etapas discretas. Mesmo que pareça mecânico, funciona logicamente.
Quer medir a tensão? A tensão não é uma única coisa; é uma diferença de potencial. Ponto A versus ponto B. Você precisa de uma referência. Uma linha de base.
Comparação novamente.
Construa um circuito simples. Use uma bateria de 9V. Conecte – o a uma cadeia de resistores idênticos. A lei de Ohm determina que, se forem idênticos, cada um cai exatamente 1 volt.
Agora ligar a sua fonte de tensão mistério. Acenda os LEDs em sequência. Cada LED acende – se quando o limiar é ultrapassado. Uma luz acesa? Aproximadamente 1-2 volts. Duas luzes? Mais.
Conte os LEDs acesos. Multiplique pela queda de tensão por segmento. Feito.
Se três dos quatro LEDs acenderem, você tem (3/4 de 9V). Seis e três quartos de volts. Saída digital derivada da contagem de passos discretos. Os voltímetros reais são mais rápidos do que os LEDs piscantes, obviamente, mas o princípio é idêntico.
Depois de ter esse sinal de tensão? Você pode medir qualquer outra coisa.
Temperatura? Use um termistor. É um semicondutor que resiste à eletricidade de forma diferente em diferentes temperaturas. Passe uma corrente por ele. Meça a queda de tensão resultante. A mudança de resistência se traduz em uma mudança de tensão. A tensão se traduz em um número digital.
Dióxido de carbono? Campos magnéticos? Pressão? Todos eles são espremidos em resistência elétrica ou capacitância. Em seguida, contamos os elétrons ou comparamos as tensões.
Parece complexo. A ciência moderna parece caixas pretas zumbindo em salas de servidores.
Mas olhe mais de perto.
Está apenas a contar. Ou você está apenas comparando um novo valor com um antigo.
Noé mediu seu barco com um antebraço. Medimos estados quânticos com qubits supercondutores. A distância é longa, SIM. O método é o mesmo.
Ou será?
Talvez tenhamos ficado muito bons em ser pequenos.
