کولیس و آموزش استفاده از آن

کولیس یکی از پرکاربرد‌ترین ابزار‌های اندازه‌گیری در صنعت و مهندسی است. احتمالاً بارها نوع ورنیه آن (Vernier Caliper) که در شکل زیر آمده است را دیده و یا در آزمایشگاه دبیرستان یا آزمایشگاه فیزیک عمومی ۱ با آن کار کرده باشید.

کولیس‌ها دقت‌های متفاوتی داشته و می‌توانند اندازه (طول) اجسام را تا مرتبه صدم میلی‌متر نیز بیان کنند. از این حیث، دقت کولیس بیشتر از خط‌کش‌های معمولی است که اندازه را تنها در مرتبه میلی‌متر بیان می‌کنند. در این مطلب در نظر داریم تا با زبانی ساده، استفاده از کولیس ورنیه را آموزش دهیم. با ما در ادامه این مطلب همراه باشید.

اجزای کولیس

شکل فوق نمایی از یک کولیس ورنیه را نشان می‌دهد. قسمت‌های مختلف این ابزار اندازه‌گیری که با شماره‌هایی در شکل نشان داده شده‌اند، به قرار زیر هستند:

1. گیره‌های خارجی بزرگ (Outside large jaws): جهت اندازه‌گیری قطر خارجی یا اندازه یک جسم
2. گیره‌های داخلی کوچک (Inside small jaws): جهت اندازه‌گیری قطر داخلی یک جسم
3. میله عمق (Depth probe/rod): جهت اندازه‌گیری عمق یک شیء یا سوراخ
4. مقیاس اندازه‌گیری اصلی متریک (Metric Main scale): اندازه‌گیری بر حسب میلی‌متر
5. مقیاس اندازه‌گیری اصلی امپریال (Imperial Main scale): اندازه‌گیری بر حسب اینچ کسری
6. مقیاس اندازه‌گیری ورنیه متریک (Metric Vernier scale): اندازه‌گیری دقیق‌تر در مرتبه دهم یا صدم میلی‌متر
7. مقیاس اندازه‌گیری ورنیه امپریال (Imperial Vernier scale): اندازه‌گیری دقیق‌تر (کسری از اینج)
8. نگه‌دارنده (Retainer): جهت ثابت کردن قسمت ورنیه برای کاهش خطا

مقیاس یا دقت کولیس

محاسبه دقت کولیس ورنیه کار ساده‌ای است. مقیاس اصلی که به خط‌کش اصلی نیز موسوم است، همانند خط‌کش‌های معمولی دقت 1 میلی‌متر را دارد. در واقع فاصله بین خطوط روی مقیاس اصلی ۱ میلی‌متر است.

فیلم آموزش فیزیک پایه دهم – فیزیک ۱ در فرادرس

کلیک کنید

حال تعداد خطوط روی قسمت ورنیه را شمارش کنید. دقت داشته باشید که شمارش را از صفر (شماره خط اول: صفر) آغاز کنید. حال عدد ۱ میلی‌متر را بر تعداد خطوط ورنیه تقسیم کنید. عدد به دست آمده دقت کولیس است و بدین معنی است که کولیس مذکور توانایی محاسبه طول اجسام را با دقت بیشتر ندارد. به طور مثال مطابق با شکل (۵)، ورنیه به 20 قسمت مساوی تقسیم شده است. یعنی تعداد خطوط روی آن 20 است. با تقسیم ۱ میلی‌متر بر 20، دقت کولیس مذکور 0.05 میلی‌متر به دست می‌آید.

حال که با قسمت‌های مختلف کولیس آشنا شدید، در ادامه قصد داریم تا نحوه کار با آن را آموزش دهیم.

روش کار کولیس

اولین قدم، استفاده مناسب از گیره‌های کولیس است. در صورتی که می‌خواهید طول یا قطر خارجی جسمی را اندازه‌گیری کنیم، از گیره‌های خارجی استفاده می‌کنیم. همچنین از گیره‌های کوچک جهت محاسبه قطر داخلی اجسام (مثلا قطر داخلی یک لیوان) استفاده می‌کنیم.

برخی از کولیس‌ها در قسمت کشویی آن پیچی تعبیه شده است که با پیچاندن آن قسمت کشویی (مقیاس‌ اصلی و ورنیه) قفل شده که جهت کاهش خطا امری مفید است.

پس از اینکه جسم به خوبی بین دو گیره محکم شد (البته دقت داشته باشید که فشار گیره‌ها باعث تغییر سایز احتمالی جسم نشود)، از قسمت اصلی (Main scale) اولین عددی که صفر ورنیه روی آن است را خوانده و بر حسب میلی‌متر یا اینچ بنویسید. منظور از عدد، شماره خط روی مقیاس اصلی است. از آنجایی که مقیاس اصلی بر حسب میلی‌متر بوده، فاصله بین هر خط آن ۱ میلی‌متر است. دقت داشته باشید که در شمارش خط‌ها، اولین خط، یعنی صفر را شمارش نکنید یا شمارش را از صفر آغاز کنید. دقت داشته باشید که اگر صفر ورنیه بین دو خط قرار گرفت، حد پایین را در نظر می‌گیریم. به طور مثال در شکل (5) صفر ورنیه بین دو خط 17 و 18اُم است که خط ۱۷اُم به معنی ۱۷میلی‌متر در نظر گرفته می‌شود.

حال به سراغ قسمت ورنیه (Vernier) می‌رویم. با دقت کامل، اولین خطی را که دقیقاً روی یکی از خط‌های قسمت اصلی (Main scale) قرار گرفته است را مشخص کرده و عدد آن را یاداشت کنید.

به طور مثال در شکل فوق، خط شماره 6 دقیقاً روی یکی از خطوط مقیاس اصلی منطبق شده است. حال این عدد را باید در دقت کولیس که در بخش قبل آن را فرا گرفتید، ضرب کرده و با عدد خوانده شده از قسمت اصلی، جمع کنید. بدین ترتیب داریم:

$$17+(6 \times 0.05)=17.30\quad (mm)$$

جهت راحتی کار، روی بدنه اغلب کولیس‌ها، دقت ابزار درج شده است. در این صورت اولین خط عددی که روی یکی از خطوط مقیاس اصلی منطبق بود را در دقت نوشته شده ضرب کنید.

جهت این که مطالب فوق، بهتر در ذهنتان نقش ببندد، به فایل متحرک زیر دقت کنید:

اصلاح خطا

قبل از شروع اندازه‌گیری، جهت افزایش دقت اندازه‌گیری، بهتر است که جسم را تمیز کنید تا آلودگی و لایه‌های زائد از بین بروند. همچنین با از بین رفتن چربی‌ها، جسم بهتر بین گیره‌های کولیس قرار می‌گیرد. همچنین یک بار دهانه کولیس را ببندید تا مشخص شود که آیا نقطه صفر کولیس دقیق است یا خیر. در واقع اگر به هنگام بسته بودن کولیس، طول دهانه (مقیاس اصلی) عددی جز صفر را نشان داد، کولیسِ مد نظر دارای خطا است. به عبارت دیگر صفر ورنیه باید دقیقاً با صفر مقیاس اصلی منطبق باشد.

به طور مثال، اگر مقیاس ورنیه به مقدار 0.1 میلی‌متر بالای عدد صفر ایستاد، به اصطلاح خطای مثبت صفر دارید. جهت به دست آوردن نتیجه مناسب با چنین کولیسی باید بیاد مقدار 0.1 میلی‌متر را از عدد به دست آمده کم کنید.

خطای صفر منفی نیز ممکن است که در یک کولیس وجود داشته باشد که در این صورت باید میزان خطا را به عدد نهایی اضافه کنید.

در صورتی که مطلب فوق برایتان مفید بود، آموزش‌های زیر را نیز به شما پیشنهاد می‌کنیم:

• مجموعه آموزش‌های مهندسی مکانیک
• آموزش کاربردی سیستم های اندازه گیری مکانیکی
• مجموعه آموزش‌های فیزیک
• آموزش فیزیک پایه ۱
• آموزش کالیبراسیون تجهیزات اندازه گیری
• قانون دوم نیوتن -- به زبان ساده