شربت (دارو)

شربت، در داروسازی، فراورده‌ای مایع، تغلیظ‌شده، و حاوی شکر یا مواد جانشین‌شوندهٔ آن است. شربت‌ها از بهترین فراورده‌های خوراکی بخصوص برای کودکان می‌باشندمانند شربت استامینوفن به خصوص که بلع آنها در مقایسه با قرص‌ها و کپسول برای کودک آسانتر است. در شربت‌ها مزه نامطبوع مواد دارویی به واسطه شیرینی شکر و همچنین چگالی زیاد مایع حس نمی‌شود. با آن که شکر پرمصرف‌ترین شیرین‌کننده در تهیه شربت می‌باشد، اما در مواردی از مواد شیرین کننده دیگری نظیر دکستروز، سوربیتول، گلیسیرین، ساخارین و هیدروکسی اتیل سلولز نیز استفاده می‌شود. علاوه بر شکر سه ماده اول پس از ورود به بدن در نهایت به گلوکز تبدیل می‌شوند (مواد قندزا یا Glucogenic) در حالیکه دو ماده آخر چنین خاصیتی را ندارند. (مواد ناقندزا یا Non Glucogenic).

استفاده از شربت‌های حاوی مواد قندزا برای افراد مبتلا به دیابت مناسب نیست. مانند شربت مولتی‌ویتامین.

داروسازی

در علم پزشکی برای مداوای یک بیمار، روش‌های متعددی از جمله دارو درمانی، جراحی و روان درمانی وجود دارد. که در این میان دارو درمانی به عنوان متداول‌ترین شیوه در تمام دنیا شایع است و رشته داروسازی، رشته‌ای است که در همین زمینه با بیماران و مردم مرتبط می‌گردد. همچنین یک داروساز در صورت ناموفق بودن رژیم دارو درمانی باید علل عدم موفقیت را بررسی کند. از همین رو می‌توان گفت رشته داروسازی بخشی از علوم پزشکی است که در رابطه با تولید و ساخت دارو، بررسی وضعیت دارو در بدن انسان و موجودات زنده و میزان تأثیر دارو در سلامت جامعه و کم کردن بحران‌های بیماری‌زا نقش ایفا می‌کند. به عبارت دیگر رشته داروسازی به شناخت ماده مؤثر، فرموله کردن این ماده (تبدیل ماده مؤثر به فرمی که قابل مصرف برای بیمار باشد مثل قرص، کپسول، شربت یا استفاده از روش‌های تزریقی) و بررسی اثرات دارو بر بدن بیمار می‌پردازد. شاید جالب باشد که بدانید حدود ۳۰ تا ۵۰ درصد علت ناموفق شیوه مداوای یک بیمار، به دارو مربوط می‌شود؛ یعنی کیفیت دارو، انتخاب نوع‌دارو و نحوه استفاده از دارو (این که بیمار دارو را با چه مواد غذایی یا داروهای دیگر استفاده کرده‌است) می‌تواند اثر دارو را تضعیف کند. و این وظیفه یک داروساز است که علت را تشخیص دهد و در این زمینه پزشک معالج را راهنمایی کند.[۱] الگو:درس‌های‌ رشته داروسازی در طول‌ تحصیل‌: دروس‌ پایه‌: بیولوژی‌ نظری‌، فیزیک‌ نظری‌، ریاضیات‌ پایه‌ و مقدمات‌ آمار، شیمی‌ عمومی‌، بیوشیمی‌ ، فیزیولوژی‌ ، شیمی‌ آلی‌ ، تشریح‌، اصول‌ خدمات‌ بهداشتی‌،آمار حیاتی‌، شیمی‌ تجزیه‌، میکروب‌شناسی‌ نظری‌ و عملی‌، انگل‌شناسی‌ و قارچ‌شناسی‌، ایمونولوژی‌، کمک‌های‌ اولیه‌، کامپیوتر.

حلال (شیمی)

به ماده‌ای که بخش عمدهٔ یک محلول را تشکیل می‌دهد حَلّال می‌گویند. هر محلول دست کم از دو بخش حلالوحل شونده تشکیل شده‌است.

جزیی که حل شونده را در خود حل می‌کند ومعمولا درصد بیش‌تری از محلول را تشکیل می‌دهد حلال نام دارد. در محلول آب نمک، آب حلال و نمک خوراکی حل شونده‌است. اغلب محلول‌های موجود در طبیعت شامل یک حلال و چند مادهٔ حل شونده هستند. آب دریا نمونه‌ای از این محلول هاست.

آب فراوان ترین و رایج ترین حلال شناخته شده‌است. این حلال ترکیب‌های یونی و کووالانسی بسیاری را در خود حل می‌کند. محلول‌هایی که حلال آن‌ها آب است، محلول آبی نا میده می‌شوند. آب و محلول‌های آبی نقش مهمی در زندگی روزانه دارند. اغلب فرآیندهای زیست شیمیایی از قببیل هضم، جذب و سوخت وساز مواد غذایی در محلول آبی انجام می‌شود. در صنایع شیمیایی تعداد زیاذی از واکنش‌ها در محیط آبی صورت می‌گیرد. گرچه آب مهم ترین حلال شناخته شده‌است، اما حلال‌های مهم دیگری نیز وجود دارد.هگزان، اتانول و استون سه نمونهٔ مهم از حلال‌های آلی هستند، به محلول حاصل از حلال‌های آلی محلول غیر آبی می‌گویند.

حلال‌ها در چهار زیر گروه دسته بندی می‌شوند که عبارتند از: الف) آب ب) حلال‌های هیدرو کربنی ج) اسیدها د) قلیاها (بازها)

محتویات

    ۱ آب
    ۲ حلال‌های هیدروکربنی
    ۳ حلال‌های ترپنی
    ۴ اتانول
    ۵ منابع
    ۶ جستارهای وابسته

آب

مولکول آب(HOH) هم اتم هیدروژن و هم عامل OH- دارد. بنابراین هم باز و هم اسید و از این رو از لحاظ شیمیایی ختثی است. آب خالص یا آب مقطر اسیدها، قلیاها، نمک‌های فلزی، صمغ‌های گیاهی، چسب‌های قوی (مانند: سریشم، چسب کازیین، چسب نشاسته، چسب اوره فرمالیدیید و ملامین فرمالیدیید)، سریش، رنگ پلاستیک و الکل‌ها را در خود حل می‌کند.
حلال‌های هیدروکربنی

هیدروژن و کربن عناصر اصلی این حلال‌ها می‌باشند و آنها را حلال‌های آلی نیز می‌توان نامید. حلال‌های هیدروکربنی ۱۰ نوع هستند:

# الکل‌ها (که خود ۵ نوع اند)
# استن یا دی متیل کتون CH3COCH3
# اتر
# تولوئن C6H۵-CH3
# کلروفرم CH3CL
# تربانتین C10H16
# استرها
# تتراکلرورکربن CCL4
# گزیلن ۲(C6H4(CH3
# بنزن C6H6

حلال‌های ترپنی

از قدیمی‌ترین گونه حلال‌ها می‌باشد که از درختان کاج و صنوبر به دست می آیدو در گذشته مصرف بسیار زیادی در ساخت رنگ‌های ساختمانی، ورنی‌ها و رنگ‌های هنری داشته‌اند. اما امروزه به علت گران قیمت بودن روش تهیه، حلالیت کم، کندی سرعت تبخیر و بوی تند، آن‌ها با حلال‌های هیدروکربنی که از مواد نفتی به دست می‌آیند و ارزان قمت تر هستند جایگزین شده‌اند. علاوه ب صنایع رنگ سازی در هنر عکاسی نیز مورد استفاده فرار می گیرندو مشتمل بر تربانتین، دی پنتن، روغن کاج و صنوبر هستند.
اتانول

بیشترین کاربرد در آزمایش‌های علمی را دارد. اما به علت قابلیت حل شدن در آب و اتر در رزین‌های طبیعی مانند شلاک، پلی وینیل استات PVA، پلی وینیل بوتیرال، استرهای رزینی، رزین‌های کیتونی و غیره به کار برده می‌شود. از اتانول به عنوان حلال، میکوب کش،ضد یخ،سوخت، مادهٔ کسل کننده در صنایع پتروشیمی،داروسازی و غیره استفاده می‌شود.

فشار بخار

به سهمی از فشار کلی در بالای سطح مایع که توسط مولکول‌های بخار مایع تأمین می‌شود، فشارْ بخارِ مایع گفته می‌شود. فشار بخار همچنین با عنوان‌های فشارْ بخارِ تعادل و فشارْ بخارِ اشباع یاد می‌شود.
عوامل مؤثر بر فشار بخار مایع

عوامل زیر در فشار بخار مایع خالص مؤثر است:

    دما: برای مایعی معین، هر چه دما بالاتر باشد، فشار بخار مایع بیشتر خواهد بود.
    ساختار مولکولی: برای چند مایع در دماهای یکسان، هر چه نیروهای جاذبهٔ بین مولکولی قوی‌تر باشد، فشار بخار مایع کمتر خواهد بود.

در مورد محلول‌ها، فشار بخار محلولی که حل‌شوندهٔ غیرفرّار دارد، از فشار بخار حلّال خالص کمتر است.
رابطهٔ بین فشار بخار و نقطهٔ جوش مایع

در دمای معین، هر چه فشار بخار مایعی بیشتر باشد، نقطهٔ جوش آن پایین‌تر خواهد بود؛ زیرا یک مایع زمانی به جوش می‌آید که فشار بخار آن با فشار هوای محیط برابر شود، و همان طور که گفته شد، فشار بخار مایع با دمایش رابطهٔ مستقیم دارد؛ پس هر چه فشار بخار مایعی بیشتر باشد، در دمای پایین‌تری به جوش می‌آید.

نقطه جوش

نقطهٔ جوش دمایی است که در آن فشار بخار مایع کاملاً با فشار خارجی برابر می‌شود[۱]. در این دما جنبش ملکول‌های مایع به بیشینه مقدار ممکن می‌رسد.
وابستگی نقطه جوش

نقطهٔ جوش یک عنصر، حالتی است که در آن فشار بخار مایع با فشار بخار اطراف مایع یکسان می‌شود. با افزایش فشار، نقطه جوش مایع افزایش می‌یابد و با کاهش آن نقطه جوش کاهش می‌یابد. همچنین نیروهای بین مولکولی و نوع ایزومر های هندسی نیز در میزان نقطه جوش یک ماده نقش دارند. نقطه جوش یک مایع به صورت درجه حرارتی تعریف می‌شود که در آن فشار بخار مایع برابر با فشار بیرونی باشد. چنانچه فشار خارج 760 میلیمتر جیوه باشد. یک مایع وقتی خواهد جوشید که فشار بخار آن برابر با این مقدار باشد. برای مثال آب وقتی از دمای 100Cْ خواهد جوشید که فشار خارجی و فشار بخار آن برابر با 760 مییلیمتر جیوه باشد. در فشار 526 میلیمتر جیوه آب در 90Cْ می‌جوشد و اگر فشار را به 9.2 میلیمتر برسانیم نقطه جوش آب در 10Cْ خواهد بود به این علت است که نقطه جوش آب در ارتفاعات کمتر از مناطق نزدیک به سطح دریا می‌باشد. چگونگی جوشیدن یک مایع وقتی که فشار بخار یک مایع با فشار جو برابر می شود، مایع شروع به جوشیدن می‌کند. در این دما ، بخار حاصل در داخل مایع سبب ایجاد حباب و غلیان خاص جوشش می‌شود. تشکیل حباب در دمای پایینتر از نقطه جوش غیر ممکن است، زیرا فشار جو بر سطح مایع که بیش از فشار داخل آن است، مانع از تشکیل حباب می‌شود. دمای مایع در حال جوش تا هنگامی که تمام مایع بخار نشده است، ثابت می‌ماند در یک ظرف بدون درپوش حداکثر فشار بخاری که هر مایع می‌تواند داشته باشد برابر با فشار جو می‌باشد.

فشار بخار هر مایع تنها از روی دما معین می‌شود. بنابراین اگر فشار بخار ثابت باشد دما نیز ثابت است. برای ثابت ماندن دمای یک مایع در حال جوش باید به آن گرما داده شود. زیرا در فرایند جوش مولکولهای با انرژی زیاد از مایع خارج می‌شوند. اگر سرعت افزایش گرما بیش از حداقل لازم برای ثابت نگهداشتن دمای مایع در حال جوش باشد، سرعت جوشش زیاد می‌شود ولی دمای مایع بالا نمی‌رود

تاثیر فشار در نقطه جوش نقطه جوش یک مایع با تغییر فشار خارجی تغییر می‌کند. نقطه جوش نرمال یک مایع ، دمایی است که در آن فشار بخار مایع برابر با یک اتمسفر باشد. نقطه جوش داده شده در کتابهای مرجع ، نقاط جوش نرمال می‌باشند. نقطه جوش یک مایع را می‌توان از منحنی فشار بخار آن بدست آورد و آن دمایی است که در آن فشار بخار مایع با فشار وارد بر سطح آن برابری می‌کند.

نوسانات فشار جو در یک موقعیت جغرافیایی ، نقطه جوش آب را حداکثر تا 2Cْ تغییر می‌دهد. ولی تغییر محل ممکن است باعث تغییرات بیشتر شود، متوسط فشاری که هواسنج در سطح دریا نشان می‌دهد یک اتمسفر ، ولی در ارتفاعات بالاتر کمتر از این مقدار است. مثلاً در ارتفاع 5000 پایی از سطح دریا متوسط فشاری که فشارسنج نشان می‌دهد 0.836atm است و نقطه جوش آب در این فشار 95.1Cْ می‌باشد.

پایین آوردن نقطه جوش یک مایع اگر نقطه جوش نرمال مایعی بالا باشد یا مایع در اثر گرما تجزیه شود، می‌توان با کاهش فشار آن را در دماهای پایین به جوش آورد از این روش برای تقطیر مایعات در خلا استفاده می‌شود. مثلاً با کاهش فشار تا 0.0121atm می‌توان نقطه جوش آب را به 10Cْ رساند که بطور قابل ملاحظه پایینتر از دمای معمولی است، رساند. با کاهش فشار می‌توان آب غیر ضروری بسیاری از فراورده های غذایی را خارج کرده و آنها را تغلیظ کرد. در این روش دمای فراورده مورد نظر به دمایی که ممکن است سبب تجزیه یا تغییر رنگ آن شود، نمی‌رسد

سلسیوس

درجهٔ سِلسیوس (به سوئدی: Celsius) (مخفف: C°) یا سانتی‌گراد[۱] یکای سنجش دما است. نام سلسیوس برای بزرگداشت ستاره‌شناس سوئدی آندرس سلسیوس (۱۷۰۱ تا ۱۷۴۴) که خود، یکایی همانند را برای دما پیشنهاد کرد چنین نامگذاری شده‌است. عبارت درجهٔ سلسیوس می‌تواند اشاره کننده به یک دمای مشخص باشد و یا به بازه‌ای از دما، تفاوت میان دو دما یا یک عدم قطعیت اشاره کند. نام این یکا تا سال ۱۹۴۸ سانتیگراد (centigrade) باقی‌مانده بود. این نام از واژهٔ لاتین centum به معنی «۱۰۰» و gradus به معنی «گام» یا «مرحله» گرفته شده‌است.

از ۱۷۴۴ تا ۱۹۵۴ نقطهٔ صفر درجه به عنوان نقطهٔ یخ زدگی آب و ۱۰۰ درجه به عنوان نقطهٔ جوش آب در فشار یک اتمسفر در نظر گرفته می‌شد. امروزه این تعریف‌ها بیشتر در دوران مدرسه کاربرد دارد. بر اساس پذیرش جهانی، «درجهٔ سلسیوس» یا یکای سلسیوس با دو دما تعریف می‌شود: صفر مطلق و نقطهٔ سه‌گانهٔ VSMOW (استاندارد میانگین وین برای آب اقیانوس) مربوط به گونه‌ای آب خالص. همچنین این تعریف دمای سلسیوس را مستقیم به یکای کلوین پیوند می‌دهد. کلوین در ترمودینامیک، یکای اصلی اس‌آی در دستگاه بین‌المللی یکاها است و نماد آن K است. صفر مطلق پایین ترین دمای ممکنی است که در آن جرم ماده به پایین ترین انتروپی می‌رسد. این دما برابر ۰ کلوین یا ۲۷۳٫۱۵- سانتی گراد است. دمای نقطهٔ سه‌گانه آب دقیقاً برابر است با ۲۷۳٫۱۶ کلوین یا ۰٫۰۱ سانتیگراد.[۲]

با توجه به تفاوت این دو معیار در نقطهٔ سه گانهٔ آب و صفر مطلق روشن می‌شود که تفاوت این دو یکا به ازای ۲۷۳٫۱۶ درجه تنها در ۱ درجه‌است (تقریباً ۰٫۰۰۳۶۶) بنابراین بزرگی کلوین و سلسیوس برابر در نظر گرفته می‌شود. و گفته می‌شود که ۲۷۳٫۱۵- درجهٔ سانتیگراد برابر با صفر کلوین و صفر درجهٔ سانتیگراد برابر با ۲۷۳٫۱۵ کلوین است.[۳]

محتویات

    ۱ پیشینه
        ۱.۱ سانتیگراد و سلسیوس
        ۱.۲ برخی دماهای پرکاربرد
    ۲ جدول مقایسهٔ پیمانه‌های گوناگون سنجش دما
    ۳ پانویس
    ۴ جستارهای وابسته

پیشینه
نمایی از دماسنج آندرس سلسیوس که در آن صفر نقطهٔ جوش آب و صد نقطهٔ ذوب یخ است.

در ۱۷۴۲ ستاره شناس سوئدی، آندرس سلسیوس (۱۷۰۱ تا ۱۷۴۴) توانست معیاری برای سنجش دما درست کند که وارون آنچه بود که امروز آن را سلسیوس می‌خوانیم. به زبان دیگر، در پیمانهٔ او صفر نقطهٔ جوش آب بود و ۱۰۰ نقطهٔ ذوب یخ. او در مقاله‌ای به نام مشاهدهٔ دو دمای ماندگار بر روی یک دماسنج، تجربه‌های خود را توضیح داد و نشان داد که چگونه فشار بر نقطهٔ ذوب یخ بی تاثیر است. از سوی دیگر با دقت خوبی نشان داد که دمای جوش آب تابع فشار پیرامونی است. او پیشنهاد می‌دهد که دمای جوش آب به عنوان نقطهٔ صفر قرار گیرد که در این صورت با فشار هوا در سطح دریاها متناسب خواهد بود. این فشار را، فشار اتمسفری می‌نامند. چندی بعد، ادارهٔ بین‌المللی اوزان و مقیاس‌ها (BIMP) در دهمین کنفرانس خود بر روی وزن‌ها و مقیاس‌ها اعلام کرد که یک اتمسفر دقیقاً برابر است با ۱۰۱۳۲۵۰ دین بر سانتیمتر مربع یا ۱۰۱٫۳۲۵ پاسکال.[۴]

در ۱۷۴۴ همزمان با مرگ آندرس سلسیوس، گیاه شناس سوئدی کارل لینه (۱۷۰۷ تا ۱۷۷۸) وارون دماسنج سلسیوس را ساخت.[۵] «دماسنج لینه» در گلخانهٔ خودش کاربرد داشت. دانیل اکستروم که یک سازندهٔ برجستهٔ ابزارهای علمی بود دماسنج لینه را برایش ساخت.
سانتیگراد و سلسیوس

از سدهٔ ۱۹ میلادی به این سو، در همهٔ جامعه‌های علمی در سراسر جهان از این پیمانهٔ سنجش دما با نام سانتیگراد یاد می‌شد. البته در بیشتر موارد تنها به نام درجه بسنده می‌شد ولی اگر می‌خواستند که دقیق تر گفته شود به آن درجهٔ سانتیگراد می‌گفتند. نماد این پیمانه °C است.

تا فوریهٔ ۱۹۸۵ وضع چنین بود تا اینکه در بخش هواشناسی بی‌بی‌سی این سنت شکسته شد و بجای سانتیگراد به آن سلسیوس گفته شد.[۶]

از آنجایی که سانتیگراد در زبان‌هایی مانند فرانسوی و اسپانیایی نام یک یکای اندازه گیری زاویه بود (۱/۱۰٬۰۰۰ زاویهٔ راست) و در دیگر زبان‌ها هم مفهوم‌های همانندی را یادآوری می‌کرد، برای همین در استانداردهای بین‌المللی مانند BIPM از عبارت centesimal degree برای کاربرد دقیق نام آن استفاده می‌شد. در نهایت در نهمین کنفرانس بین‌المللی وزن‌ها و مقیاس‌ها و در انجمن بین‌المللی وزن‌ها و مقیاس‌ها در سال ۱۹۴۸ به طور رسمی نام درجهٔ سلسیوس با نماد °C پذیرفته شد.[۷][۸]

در کاربرد علمی سلسیوس هنگامی بکار می‌رود که با سانتیگراد همراه باشد در غیر این صورت تنها کاربرد عمومی دارد.[۹]
برخی دماهای پرکاربرد
پیمانه‌های سنجش پرکاربرد     کلوین     سلسیوس     فارنهایت
صفر مطلق
(دقیق، طبق تعریف)     ۰ K     −۲۷۳٫۱۵ °C     −۴۵۹٫۶۷ °F
نقطهٔ جوش نیتروژن مایع     ۷۷٫۴ K     −۱۹۵٫۸ °C[۱۰]     −۳۲۰٫۳ °F
نقطهٔ تصعید یخ خشک.     ۱۹۵٫۱ K     −۷۸ °C     −۱۰۸٫۴ °F
نقطهٔ برخورد پیمانه‌های سنجش سلسیوس و فارنهایت.     ۲۳۳٫۱۵ K     −۴۰ °C     −۴۰ °F
نقطهٔ ذوب H۲O (یخ خالص)[۱۱]     ۲۷۳٫۱۴۹۹ K     −۰٫۰۰۰۱ °C[۱۲]     ۳۱٫۹۹۹۸۲ °F
نقطهٔ سه‌گانه آب
(دقیق، طبق تعریف)     ۲۷۳٫۱۶ K     ۰٫۰۱ °C     ۳۲٫۰۱۸ °F
دمای بدن انسان معمولی (میانگین)[۱۳]     ۳۱۰ K     ۳۷٫۰ °C     ۹۸٫۶ °F
نقطهٔ جوش آب در فشار یک اتمسفر (۱۰۱٫۳۲۵ kPa)
(نگاه کنید به: نقطهٔ جوش تقریبی)[۱۴]     ۳۷۳٫۱۳۳۹ K     ۹۹٫۹۸۳۹ °C[۱۲]     ۲۱۱٫۹۷۱ °F

آمار

آمار (به انگلیسی: statistics) به مجموعه‌ی داده‌های عددی مربوط به یک موضوع (معمولا مهم)، مانند جمعیت، متوفیات، میزان تجارت داخلی یا خارجی، دما یا بارش ماهیانه و غیر گفته می‌شود. آمار را باید علم و عمل استخراج، بسط، و توسعهٔ دانشهای تجربی انسانی با استفاده از روش‌های گردآوری، تنظیم، پرورش، و تحلیل دادههای تجربی (حاصل از اندازه گیری و آزمایش) دانست. زمینه‌های محاسباتی و رایانه‌ای جدیدتری همچون یادگیری ماشینی، و کاوش‌های ماشینی در داده‌ها، در واقع، امتداد و گسترش دانش گسترده و کهن از آمار به عهد محاسبات نو و دوران اعمال شیوه‌های ماشینی در همه‌جا می‌باشد. علم آمار، علم فن فراهم کردن داده‌های کمّی و تحلیل آن‌ها به منظور به دست آورن نتیایجی که اگرچه احتمالی است، اما در خور اعتماد است.

در صورتی که شاخه‌ای علمی مد نظر نباشد، معنای آن، داده‌هایی به‌شکل ارقام و اعداد واقعی یا تقریبی است که با استفاده از علم آمار می‌توان با آن‌ها رفتار کرد و عملیات ذکر شده در بالا را بر آن‌ها انجام داد. بیشتر مردم با کلمة آمار به مفهومی که برای ثبت و نمایش اطلاعات عددی به کار می‌رود آشنا هستند. ولی این مفهوم منطبق با موضوع اصلی مورد بحث آمار نیست. آمار عمدتاً با وضعیتهایی سر و کار دارد که در آنها وقوع یک پیشامد به طور حتمی قابل پیش بینی نیست. اسنتاجهای آماری غالباً غیر حتمی اند، زیرا مبتنی بر اطلاعات ناکاملی هستند. در طول چندین دهه آمار فقط با بیان اطلاعات و مقادیر عددی در باره اقتصاد، جمعیت‌شناسی و اوضاع سیاسی حاکم در یک کشور سر و کار داشت. حتی امروز بسیاری از نشریات و گزارشهای دولتی که توده‌ای از آمار و ارقام را در بردارند معنی اولیه کلمه آمار را در ذهن زنده می‌کنند. اکثر افراد معمولی هنوز این تصویر غلط را در باره آمار دارند که آن را منحصر به ستونهای عددی سرگیجه آور و گاهی یک سری شکلهای مبهوت کننده می‌دانند. بنابراین، یادآوری این نکته ضروری است که نظریه و روشهای جدید آماری از حد ساختن جدولهای اعداد و نمودارها بسیار فراتر رفته‌اند. آمار به عنوان یک موضوع علمی، امروزه شامل مفاهیم و روشهایی است که در تمام پژوهشهایی که مستلزم جمع آوری داده‌ها به وسیله یک فرایند آزمایش و مشاهده و انجام استنباط و نتیجه گیری به وسیله تجزیه و تحلیل این داده‌ها هستند اهمیت بسیار دارند.

محتویات

    ۱ علم آمار
    ۲ علم آماری
    ۳ روش‌های آماری
    ۴ احتمالات
    ۵ نرم‌افزارها
    ۶ سطوح اندازه گیری
    ۷ پانویس
    ۸ جستارهای وابسته
    ۹ منابع
    ۱۰ پیوند به بیرون

علم آمار

علم آمار، خود مبتنی است بر نظریه آمار که شاخه‌ای از ریاضیات کاربردی به حساب می‌آید. در نظریهٔ آمار، اتفاقات تصادفی و عدم قطعیت توسط نظریهٔ احتمالات مدل‌سازی می‌شوند. در این علم، مطالعه و قضاوت معقول در بارهٔ موضوع‌های گوناگون، بر مبنای یک جمع انجام می‌شود و قضاوت در مورد یک فرد خاص، اصلاً مطرح نیست.

از جملهٔ مهم‌ترین اهداف آمار، می‌توان تولید «بهترین» اطّلاعات از دادههای موجود و سپس استخراج دانش از آن اطّلاعات را ذکر کرد. به همین سبب است که برخی از منابع، آمار را شاخه‌ای از نظریه تصمیم‌ها به شمار می‌آورند.

این علم به بخش‌های آمار توصیفی و آمار استنباطی تقسیم می‌شود. از طرف دیگر می‌توان آن را به دو بخش آمار کلاسیک و آمار بیز تقسیم بندی کرد. در آمار کلاسیک، که امروزه در دانشگاه‌ها و دبیرستان‌ها تدریس می‌گردد، ابتدا آزمایش و نتیجه را داریم و بعد بر اساس آن‌ها فرض‌ها را آزمون می‌کنیم. به عبارت دیگر ابتدا آزمایش انجام می‌شود و بعد فرض آزمون می‌گردد. در آمار بیزی ابتدا فرض در نظر گرفته می‌شود و داده‌ها با آن مطابقت داده می‌شوند به عبارت دیگر در آمار بیزی یک پیش توزیع داریم-توزیع پیشین- و بعد از مطالعه داده‌ها و برای رسیدن به آن توزیع پیشین، توزیع پسین را در نظر می‌گیریم.
علم آماری

شامل برنامه‌ریزی و جمع‌بندی و تفسیر مشاهدات غیر قطعی است به‌شکلی که∗:

    اعداد نمایندهٔ واقعی مشاهدات بوده، غیر واقعی یا غلط نباشند.
    به‌نحو مفیدی تهیه و تنظیم شوند.
    به‌نحو صحیح تحلیل شوند.
    قابل نتیجه‌گیری صحیح باشند.

روش‌های آماری

مطالعات تجربی و مشاهداتی هدف کلی برای یک پروژه تحقیقی آماری، بررسی حوادث اتفاقی بوده و به ویژه نتیجه گیری روی تأثیر تغییرات در ارزش شاخص‌ها یا متغیرهای غیر وابسته روی یک پاسخ یا متغیر وابسته‌است. دو شیوه اصلی از مطالعات آماری تصادفی وجود دارد: مطالعات تجربی و مطالعات مشاهداتی. در هر دو نوع از این مطالعات، اثر تغییرات در یک متغیر (یا متغیرهای) غیر وابسته روی رفتار متغیرهای وابسته مشاهده می‌شود. اختلاف بین این دو شیوه درچگونگی مطالعه‌ای است که عملاً هدایت می‌شود. یک مطالعه تجربی در بردارنده روش‌های اندازه گیری سیستم تحت مطالعه‌است که سیستم را تغییر می‌دهد و سپس با استفاده از روش مشابه اندازه گیری‌های اضافی انجام می‌دهد تا مشخص سازد که آیا تغییرات انجام شده، مقادیر شاخص‌ها را تغییر می‌دهد یا خیر. در مقابل یک مطالعه نظری، مداخلات تجربی را در بر نمی‌گیرد. در عوض دادهها جمع آوری می‌شوند و روابط بین پیش بینی‌ها و جواب بررسی می‌شوند.

یک نمونه از مطالعه تجربی، مطالعات Hawthorne مشهور است که تلاش کرد تا تغییرات در محیط کار را در کمپانی الکتریک غربی Howthorne بیازماید. محققان علاقه مند بودند که آیا افزایش نور می‌تواند کارایی را در کارگران خط تولید افزایش دهد. محققان ابتدا کارایی را در کارخانه اندازه گیری کردند و سپس میزان نور را در یک قسمت از کارخانه تغییر دادند تا مشاهده کنند که آیا تغییر در نور می‌تواند کارایی را تغییر دهد. به واسطه خطا در اقدامات تجربی، به ویژه فقدان یک گروه کنترل محققاتی در حالی که قادر نبودند آنچه را که طراحی کرده بودند، انجام دهند قادر شدند تا محیط را با شیوه Hawthorne آماده سازند. یک نمونه از مطالعه مشاهداتی، مطالعه ایست که رابطه بین سیگار کشیدن و سرطان ریه را بررسی می‌کند. این نوع از مطالعه به طور اختصاصی از شیوه‌ای استفاده می‌کند تا مشاهدات مورد علاقه را جمع آوری کند و سپس تجزیه و تحلیل آماری انجام دهد. در این مورد، محققان مشاهدات افراد سیگاری و غیر سیگاری را جمع آوری می‌کنند و سپس به تعداد موارد سرطان ریه در هر دو گروه توجه می‌کنند.
احتمالات

مقالهٔ اصلی: احتمالات
در زبان محاوره، احتمال یکی از چندین واژه‌ای است که برای دانسته یا پیشامدهای غیر مطمئن به کار می‌رود و کم و بیش با واژه‌هایی مانند ریسک، خطرناک، نامطمئن، مشکوک و بسته به متن قابل معاوضه‌است. شانس، بخت، امتیاز و شرط بندی از لغات دیگری است که نشان دهنده برداشت‌های مشابهی است. همانگونه که نظریه مکانیک به تعاریف دقیق ریاضی از عبارات متداولی مثل کار و نیرو می‌پردازد، نظریه احتمالات نیز تلاش دارد تا مفاهیم و برداشت‌های مربوط به احتمالات را کمّی سازی کند.
نرم‌افزارها

آمار مدرن برای انجام بعضی از محاسبات خیلی پیچیده و بزرگ به وسیله رایانهها استفاده می‌شود. کل شاخه‌های آمار با استفاده از محاسبات کامپیوتری انجام‌پذیر شده‌اند، برای مثال شبکه‌های عصبی. انقلاب کامپیوتری با یک توجه نو به آمار «آزمایشی» و «شناختیک» رویکردهایی برای آینده آمار داشته‌است.

یکی از مهم‌ترین کاربردهای آمار و احتمال با استفاده از رایانه شبیه سازی است.

شبیه سازی نسخه‌ای از بعضی وسایل حقیقی یا موقعیت‌های کاری است. شبیه سازی تلاش دارد تا بعضی جنبه‌های رفتاری یک سیستم فیزیکی یا انتزاعی را به وسیله رفتار سیستم دیگری نمایش دهد. شبیه سازی در بسیاری از متون شامل مدل سازی سیستم‌های طبیعی و سیتم‌های انسانی استفاده می‌شود. برای به دست آوردن بینش نسبت به کارکرد این سیستم‌ها در تکنولوژی و مهندسی ایمنی که هدف، آزمون بعضی سناریوهای عملی در دنیای واقعی است از شبیه سازی استفاده می‌شود. در شبیه سازی با استفاده از یک شبیه ساز یا وسیله دیگری در یک موقعیت ساختگی می‌توان آثار واقعی بعضی شرایط احتمالی را بازسازی کرد.

۱- شبیه سازی فیزیکی و متقابل (شبیه سازی فیزیکی، به شبیه سازی اطلاق می‌شود که در آن اشیای فیزیکی به جای شی واقعی جایگزین می‌شوند و این اجسام فیزیکی اغلب به این خاطر استفاده می‌شوند که کوچک‌تر و ارزان تر از شی یا سیستم حقیقی هستند. شبیه سازی متقابل (تعاملی) که شکل خاصی از شبیه سازی فیزیکی است و غالباً به انسان در شبیه سازی‌های حلقه‌ای اطلاق می‌شود یعنی شبیه سازی‌های فیزیکی که شامل انسان می‌شوند مثل مدل استفاده شده در شبیه ساز پرواز.)

۲- شبیه سازی در آموزش (شبیه سازی اغلب در آموزش پرسنل شهری و نظامی استفاده می‌شود. معمولاً هنگامی رخ می‌دهد که استفاده از تجهیزات در دنیای واقعی از لحاظ هزینه کمرشکن یا بسیار خطرناک است تا بتوان به کارآموزان اجازه استفاده از آن‌ها را داده. در چنین موقعیت‌هایی کارآموزان وقت خود را با آموزش دروس ارزشمند در یک محیط واقعی «ایمن» می‌گذرانند. غالباً این اطمینان وجود دارد تا اجازه خطا را به کارآموزان در طی آموزش داد تا ارزیابی سیستم ایمنی– بحران صورت گیرد.)

شبیه سازی‌های آموزشی به طور خاص در یکی از چهار گروه زیر قرار می‌گیرند:

الف - شبیه سازی زنده (جایی که افراد واقعی از تجهیزات شبیه سازی شده (یا آدمک) در دنیای واقعی استفاده می‌کنند.)

ب - شبیه سازی مجازی (جایی که افراد واقعی از تجهیزات شبیه سازی شده در دنیای شبیه سازی شده (یا محیط واقعی) استفاده می‌کنند.) یا

ج - شبیه سازی ساختاری (جایی که افراد شبیه سازی شده از تجهیزات شبیه سازی شده در یک محیط شبیه سازی شده استفاده می‌کنند. اغلب به عنوان بازی جنگی نامیده می‌شود زیرا که شباهتهایی با بازی‌های جنگی رومیزی دارد که در آن‌ها بازیکنان، سربازان و تجهیزات را اطراف یک میز هدایت می‌کنند.)

د - شبیه سازی ایفای نقش (جایی که افراد واقعی نقش یک کار واقعی را بازی می‌کنند.)

۳ - شبیه سازی‌های پزشکی (شبیه سازهای پزشکی به طور فزاینده‌ای در حال توسعه و کاربرد هستند تا روشهای درمانی و تشخیص و همچنین اصول پزشکی و تصمیم گیری به پرسنل بهداشتی آموزش داده شود. طیف شبیه سازها برای آموزش روش‌ها از پایه مثل خونگیری تا جراحی لاپاراسکوپی و مراقبت از بیمار دچار ضربه، وسیع و گسترده‌است. بسیاری از شبیه سازهای پزشکی دارای یک رایانه هستند که به یک ماکت پلاستیکی با آناتومی مشابه واقعی متصل است. در بعضی از آنها، ترسیم‌های کامپیوتری تمام اجزای قابل رؤیت را به دست می‌دهد و با دستکاری در دستگاه می‌توان جنبه‌های شبیه سازی شده کار را تولید کرد. بعضی از این دستگاهها دارای شبیه سازهای گرافیکی رایانهای برای تصویربرداری هستند مانند پرتو ایکس یا سایر تصاویر پزشکی. بعضی از شبیه سازهای بیمار، دارای یک مانکن انسان نما هستند که به داروهای تزریق شده واکنش می‌دهد و می‌توان آن را برای خلق صحنه‌های مشابه فوریت‌های پزشکی خطرناک برنامه ریزی کرد. بعضی از شبیه سازهای پزشکی از طریق شبکه اینترنت قابل گسترش هستند و با استفاده از جستجوگرهای استاندارد شبکه به تغییرات جواب می‌دهند. در حال حاضر، شبیه سازی‌ها به موارد غربال گری پایه محدود شده‌اند به نحوی که استفاده کنندگان از طریق وسایل امتیازدهی استاندارد با شبیه سازی در ارتباط هستند.)

۴ - شبیه سازهای پرواز (یک شبیه ساز پرواز برای آموزش خلبانان روی زمین مورد استفاده قرار می‌گیرد. به خلبان اجازه داده می‌شود تا به هواپیمای شبیه سازی شده اش آسیب برساند بدون آن که خود دچار آسیب شود. شبیه سازهای پرواز اغلب برای آموزش خلبانان استفاه می‌شوند تا هواپیما را در موقعیت‌های بسیار خطرناک مثل زمین نشستن بدون داشتن موتور یا نقص کامل الکتریکی یا هیدرولیکی هدایت کنند. پیشرفته‌ترین شبیه سازها دارای سیستم بصری با کیفیت بالا و سیستم حرکت هیدرولیک هستند. کار با شبیه ساز به طور معمول نسبت به هواپیمای واقعی ارزان تر است.)

۵ - شبیه سازی و بازیها (هم چنین بسیاری از بازی‌های ویدئویی شبیه ساز هستند که به طور ارزان تر آماده سازی شده‌اند. بعضی اوقات از این‌ها به عنوان بازیهای شبیه سازی (sim) نامبرده می‌شود. چنین بازیهایی جنبه‌های گوناگون واقعی را شبیه سازی می‌کنند از اقتصاد گرفته تا وسایل هوانوردی مثل شبیه سازهای پرواز.)

۶ - شبیه سازی مهندسی (شبیه سازی یک مشخصه مهم در سیستم‌های مهندسی است. برای مثال در مهندسی برق، از خطوط تأخیری استفاده می‌شود تا تأخیر تشدید شده و شیفت فاز ناشی از خط انتقال واقعی را شبیه سازی کنند. مشابهاً، از بارهای ظاهری می‌توان برای شبیه سازی مقاومت بدون شبیه سازی تشدید استفاده کرد و از این حالت در مواقعی استفاده می‌شود که تشدید ناخواسته باشد. یک شبیه ساز ممکن است تنها چند تا از کارکردهای واحد را شبیه سازی کند که در مقابل با عملی است که تقلید نامیده می‌شود. ۷ - اغلب شبیه سازی‌های مهندسی مستلزم مدل سازی ریاضی و بررسی‌های کامپیوتری هستند. به هر حال موارد زیادی وجود دارد که مدل سازی ریاضی قابل اعتماد نیست. شبیه سازی مشکلات مکانیک سیالات اغلب مستلزم شبیه سازی‌های ریاضی و فیزیکی است. در این موارد، مدل‌های فیزیکی نیاز به شبیه سازی دینامیک دارند.)

۸ - شبیه سازی کامپیوتری (شبیه سازی رایانه، جزو مفیدی برای بسیاری از سیستم‌های طبیعی در فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی و نیز برای سیستم‌های انسانی در اقتصاد و علوم اجتماعی (جامعه‌شناسی کامپیوتری) و همچنین در مهندسی برای به دست آوردن بینش نسبت به عمل این سیستم‌ها شده‌است. یک نمونه خوب از سودمندی استفاده از رایانه‌ها در شبیه سازی را می‌توان در حیطه شبیه سازی ترافیک شبکه جستجو کرد. در چنین شبیه سازی‌هایی رفتار مدل هر شبیه سازی را مطابق با مجموعه پارامترهای اولیه منظور شده برای محیط تغییر خواهد داد. شبیه سازی‌های کامپیوتری] اغلب به این منظور به کار گرفته می‌شوند تا انسان از شبیه سازی‌های حلقه‌ای در امان باشد. به طور سنتی، مدل برداری رسمی سیستم‌ها از طریق یک مدل ریاضی بوده‌است به نحوی که تلاش در جهت یافتن راه حل تحلیلی برای مشکلات بوده‌است که پیش بینی رفتار سیستم را با استفاده از یک سری پارامترها و شرایط اولیه ممکن ساخته‌است. شبیه سازی کامپیوتری اغلب به عنوان یک ضمیمه یا جانشین برای سیستم‌های مدل سازی است که در آن‌ها راه حل‌های تحلیلی بسته ساده ممکن نیست. انواع مختلفی از شبیه سازی کامپیوتری وجود دارد که وجه مشترک همه آن‌ها در این است که تلاش می‌کند تا یک نمونه از برنامه‌ای برای یک مدل تولید کنند که در آن امکان محاسبه کامل تمام حالات ممکن مدل مشکل یا غیر ممکن است.)

به طور رو به افزونی معمول شده‌است که نام انواع مختلفی از شبیه سازی شنیده می‌شود که به عنوان «محیط‌های صناعی» اطلاق می‌شوند. این عنوان اتخاذ شده‌است تا تعریف شبیه سازی عملاً به تمام دستاوردهای حاصل از رایانه تعمیم داده شود.

۹ - شبیه سازی در علم رایانه (در برنامه نویسی کامپیوتری، یک شبیه ساز اغلب برای اجرای برنامه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد که انجام آن برای رایانه با مقداری دشواری همراه است. برای مثال، شبیه سازها معمولاً برای رفع عیب یک ریزبرنامه استفاده می‌شوند. از آن جایی که کار کامپیوتر شبیه سازی شده‌است، تمام اطلاعات در مورد کار رایانه مستقیماً در دسترس برنامه دهنده‌است و سرعت و اجرای شبیه سازی را می‌توان تغییر داد. همچنین شبیه سازها برای تفسیر درخت‌های عیب یا تست کردن طراحی‌های منطقی VLSI قبل از ساخت مورد استفاده قرار می‌گیرند. در علم رایانه نظریه، عبارت شبیه سازی نشان دهنده یک رابطه بین سیستم‌های انتقال وضعیت است که این در مطالعه مفاهیم اجرایی سودمند است.)

۱۰ - شبیه سازی در تعلیم و تربیت (شبیه سازی‌ها در تعلیم و تربیت گاهی مثل شبیه سازی‌های آموزشی هستند. آن‌ها روی وظایف خاص متمرکز می‌شوند. در گذشته از ویدئو برای معلمین و دانش آموزان استفاده می‌شود تا مشاهده کنند، مسائل را حل کنند و نقش بازی کنند؛ هرچند، یک استفاده جدید تر از شبیه سازی‌ها در تعلیم و تربیت شامل فیلم‌های انیمیشن است (ANV.(ANVها نوعی فیلم ویدئویی کارتون مانند با داستان‌های تخیلی یا واقعی هستند که برای آموزش و یادگیری کلاس استفاده می‌شوند.ANVها برای ارزیابی آگاهی، مهارت‌های حل مسئله و نظم بچه‌ها و معلمین قبل و حین اشتغال کارایی دارند.)

شکل دیگری از شبیه سازی در سال‌های اخیر با اقبال در آموزش بازرگانی مواجه شده‌است. شبیه سازی بازرگانی که دارای یک مدل پویا است که آزمون استراتژی‌های بازرگانی را در محیط فاقد خطر مهیا می‌سازد و محیط مساعدی برای مباحث مطالعه موارد ارائه می‌دهد.

واژگانی که درک مفهوم آن‌ها در علم آمار مهم است عبارت‌اند از∗:

    جمعیت
    نمونه
    متغیّر
    مقیاس‌های اندازه‌گیری:
        مقیاس اسمی (به انگلیسی: Nominal Scale)
        مقیاس ترتیبی (به انگلیسی: Ordinal Scale)
        مقیاس فاصله‌ای (به انگلیسی: Interval Scales)
        مقیاس نسبی (به انگلیسی: Ratio Scales)

آمار رشته وسیعی از ریاضی است که راههای جمع آوری، خلاصه سازی و نتیجه گیری از دادهها را مطالعه می‌کند. این علم برای طیف وسیعی از علوم دانشگاهی از فیزیک و علوم اجتماعی گرفته تا انسان‌شناسی و همچنین تجارت، حکومت داری و صنعت کاربرد دارد.

هنگامی که دادهها جمع آوری شدند چه از طریق یک روش نمونه برداری خاص یا به وسیله ثبت پاسخ‌ها در قبال رفتارها در یک مجموعه آزمایشی (طرح آزمایش) یا به وسیله مشاهده مکرر یک فرایند در طی زمان (سری‌های زمانی) خلاصه‌های گرافیکی یا عددی را می‌توان با استفاده از آمار توصیفی به دست آورد.

الگوهای موجه در داده‌ها سازمان بندی می‌شوند تا نتیجه گیری در مورد جمعیت‌های بزرگ‌تر به دست آید که این کار با استفاده از آمار استنباطی صورت می‌گیرد و تصادفی بودن و عدم قاطعیت در مشاهدات را شناسایی می‌کند. این استنباط‌ها ممکن است به شکل جوابهای بله یا خیر به سؤالات باشد (آزمون فرض)، خصوصیات عددی را برآورد کند (تخمین)، پیش گویی مشاهدات آتی باشد، توصیف ارتباط‌ها باشد (همبستگی) و یا مدل سازی روابط باشد (رگرسیون).

شبکه توصیف شده در بالا گاهی اوقات به عنوان آمار کاربردی اطلاق می‌شود. در مقابل، آمار ریاضی (یا ساده تر نظریه آماری) زیر رشته‌ای از ریاضی کاربردی است که از نظریه احتمال و آنالیز برای به کارگیری آمار برروی یک پایه نظریه محکم استفاده می‌کند.

مراحل پایه برای انجام یک تجربه عبارت‌اند از:

برنامه ریزی تحقیق شامل تعیین منابع اطلاعاتی، انتخاب موضوع تحقیق و ملاحظات اخلاقی برای تحقیق و روش پیشنهادی. طراحی آزمون شامل تمرکز روی مدل سیستم و تقابل متغیرهای مستقل و وابسته. خلاصه سازی از نتایج مشاهدات برای جامعیت بخشیدن به آنها با حذف نتایج (آمار توصیفی). رسیدن به اجماع در مورد آنچه مشاهدات درباره دنیایی که مشاهده می‌کنیم به ما می‌گویند (استنباط آماری). ثبت و ارائه نتایج مطالعه.
سطوح اندازه گیری

چهار نوع اندازه گیری یا مقیاس اندازه گیری در آمار استفاده می‌شود. چهار نوع یا سطح اندازه گیری (ترتیبی، اسمی، بازه‌ای و نسبی) دارای درجات متفاوتی از سودمندی در بررسی‌های آماری دارند. اندازه گیری نسبی در حالی که هم یک مقدار صفر و فاصله بین اندازه‌های متفاوت تعریف می‌شود بیشترین انعطاف پذیری را در بین روش‌های آماری دارد که می‌تواند برای تحلیل داده‌ها استفاده شود. مقیاس تناوبی با داشتن فواصل معنی دار بین اندازه‌ها اما بدون داشتن میزان صفر معنی دار (مثل اندازه‌گیری بهره هوشی یا اندازه‌گیری دما در مقیاس سلسیوس) در تحقیقات آماری استفاده می‌شود. صفت آماری - هر ویژگی مربوط به هر واحد جامعه را یک صفت آماری یا به اختصار یک صفت برای آن واحد آماری است. اگر یک واحد آماری یک انسان باشد، گروه خون، وزن، میزان سواد، میزان درآمد، درجه حرارت بدن و تعدادخانوار هر کدام یک صفت آماری برای آن واحد است. صفتهای آماری دو دسته کلی هستند. ۱- صفت مشخصه ۲ صفت متغیر

بسامد

بَسامَد، تَواتُر یا فرکانس (به انگلیسی: frequency) به اندازه‌گیری تعداد دفعاتی گویند که یک رویداد تناوبی در واحد زمان اتفاق می‌افتد. برای محاسبه بسامد باید یک بازه زمانی را مشخص کرده، تعداد رخ دادن یک رویداد را در آن بازه زمانی شمرده و سپس این شماره را بر مدت آن بازه زمانی تقسیم کرد. راه دیگر محاسبه بسامد، اندازه‌گیری زمان میان دو رویداد پیاپی (تناوب) و سپس اندازه‌گیری بسامد به عنوان وارونه این زمان است: رابطه بسامد به این گونه‌است:

    f = \frac{1}{T}

در این فرمول T همان تناوب است.

فرکانس اندازه گیری تعداد تکرار اتفاقی در واحد زمان است. برای محاسبه فرکانس بر روی یک بازه زمانی ثابت، تعداد دفعات وقوع یک حادثه را در آن بازه می شماریم و سپس این تعداد را بر طول بازه زمانی تقسیم می کنیم. پس از فیزیک دان آلمانی هاینریش رودولف هرتز، در سیستم واحدهای SI فرکانس با هرتز(Hz) اندازه گیری می‌شود. یک هرتز به این معنی است که یک واقعه یک بار بر ثانیه رخ می‌دهد.

واحدهای دیگری که برای اندازه گیری فرکانس بکار می‌روند به این شرح هستند: سیکل بر ثانیه، دور بر دقیقه (rpm). سرعت قلب توسط واحد ضربان بر دقیقه اندازه گیری می‌شود. یک روش جایگزین برای محاسبه فرکانس، اندازه گیری زمان بین دو رخداد متوالی حادثه‌ای است (دوره تناوب) و سپس محاسبه فرکانس به صورت عددی متقابل این زمان مانند زیر:

    f = \frac{1}{T}

که در آن T دوره تناوب است.
تقسیم‌بندی باندهای فرکانسی

3kتا30k را VLF می نامند 30k تا 300k را LF

300k تا 3M را MF

3M تا 30M را HF

30M تا 300M را VHF

300M تا 3G را UHF

3G تا 30G را SHF

30G تا 300G را EHF

و امواج بالاتر بدون اسم و در حد دسی میلی متر می باشند.

فرکانس امواج در اندازه گیری فرکانس صدا، امواج الکترومغناطیسی (مانند امواج رادیویی یا نور )، سیگنال‌های الکتریکی یا دیگر امواج، فرکانس بر حسب هرتز، تعداد سیکل‌های شکل موج تکراری است. اگر موج یک صدا باشد، فرکانس آن چیزی است که زیر و بمی این موج را مشخص می‌کند.

فرکانس رابطه معکوسی با مفهوم طول موج دارد. فرکانس f برابر است با سرعت v یک موج تقسیم بر طول موج لاندااست که:

    f = \frac{v}{\lambda}

در موارد خاص که امواج الکترومغناطیسی از خلا عبور می‌کنند، v=c که در آن c برابر سرعت نور در خلا است و این عبارت به صورت زیر در می‌آید:

    f = \frac{c}{\lambda}

فرکانس‌های آماری

در علم آمار فرکانس یک واقعه برابر است با تعداد دفعات رخ دادن یک حادثه در آزمایش یا مطالعه‌ای که در یک دوره زمانی صورت می‌گیرد. فرکانس‌ها معمولاً به صورت گرافیکی در نمودار هیستوگرامر نمایش داده می‌شوند.

وزن مولکولی

وزن مولکولی(به انگلیسی: molecular weight) است.به مقدار جرم ۶/۰۲۲۰۵ ضرب در ۱۰ به توان ۲۳ اتم(عدد آووگادرو)جرم مولکولی(یا اتمی) می‌گویند.یعنی: عدد آووگادرو=۶/۰۲۲۰۵×1023

اگر مقداری از یک ماده به جرم m و مقدار مول n در اختیار y me tiro pedosداشته باشیم با تقسیم m بر n می‌توان جرم مولکولی آن ماده(M) را بدست آورد.به عبارت دیگر: m÷n=M

در جدول زیر جرم اتمی میانگین ۲۰ اتم آورده شده:
نام اتم     نماد     جرم اتمی میانگین
هیدروژن     H     1
لیتیم     Li     7
سدیم     Na     22
پتاسیم     K     39
منیزیم     Mg     24
کلسیم     Ca     40
منگنز     Mn     55
آهن     Fe     56
نقره     Ag     108
روی     Zn     65
کادمیم     Ca     112
آلومینیم     Al     27
کربن     C     12
سرب     Pb     207
نیتروژن     ا N     14
فسفر     P     31
اکسیژن     O     16
کلر     Cl     35
ید     I     127
هلیم     He     4

سرعت صوت

سرعت صوت فاصله‌ای‌ است که یک موج صوتی در مدت زمان یک ثانیه در یک سیال می‌پیماید. سرعت صوت مشخص می‌کند که این موج در بازهٔ مشخصی از زمان چه مسافتی را طی می‌کند. در هوای خشک و در دمای ۲۰ درجه سانتی‌گراد (۶۸ درجه فارنهایت)، سرعت صوت ۳۴۳٫۲ متر بر ثانیه (۱۱۲۶ فوت بر ثانیه)، ۱۲۳۶ کیلومتر بر ساعت (۷۶۸ مایل بر ساعت) یا به طور تقریبی، یک کیلومتر در سه ثانیه و یا تقریباً یک مایل در پنج ثانیه است. در دینامیک سیالات، سرعت صوت در یک سیال (گاز یا مایع)، به عنوان یک ابزار حساب‌گری نسبی خود سرعت استفاده می‌شود. سرعت یک شیئ (فاصله بر زمان) تقسیم بر سرعت صوت در سیال به عنوان عدد ماخ شناخته می‌شود. اشیایئ که با سرعت بیشتر از یک ماخ حرکت می‌کنند، در سرعت‌های سوپرسونیک حرکت می‌کنند.

سرعت صوت در یک گاز ایده‌آل، مستقل از فرکانس است (این جمله نیاز به ذکر منبع دارد) وتابعی از ریشهٔ دوم دمای مطلق است ولی به فشار یا چگالی آن گاز وابسته نیست. برای گازهای مختلف، سرعت صوت به طور معکوس به ریشه دوم میانگین جرم مولکولی گاز بستگی دارد.

در گفتگوهای مرسوم روزمره، منظور از سرعت صوت، سرعت موج صوتی در سیالِ هوا است. با این حال، سرعت صوت از یک ماده به مادهٔ دیگر متفاوت است. صوت در مایعات و جامدات نامتخلخل سریع‌تر از هوا، حرکت می‌کند. می‌توان گفت سرعت صوت در آب حدود ۴٫۳ برابر (۱۴۸۴ متر بر ثانیه)، و در آهن تقریباً ۱۵ برابر (۵۱۲۰ متر بر ثانیه) سرعت آن در هوای ۲۰ درجه سانتی‌گراد است.

سرعت صوت در فلزات و جامدات، مایعات، درون محیط‌هایی که فشردگی هوای آن‌ها نسبت به محیط آزاد بیشتر است، مناطق سرد و مرطوب و پست تر از دریا، مناطق سرد و مرطوب در کنار دریا، مناطق سرد و مرطوب بالاتر از دریا، مناطق مرطوب بالاتر از دریا نسبت به هوای آزاد در حالت عادی به ترتیب ذکر شده بیشتر است. صوت از محیط‌هایی که مادی نیستند (در آنجا ماده وجود ندارد) نمی‌تواند عبور کند.

تونل باد

تونل‌های باد پیشرفته

اهمیت فراهم ساختن امکانات تجربی در داخل آزمایشگاه به منطور ایجاد جریان هوا که پرواز واقعی را در اتمسفر مدل کند به سال ۱۸۷۱ بر می‌گردد. در آن زمان فرانسیس ون هام (Frsncis Wenham) در انگلستان اولین تونل باد تاریخ را ساخته و مورد استفاده قرار می‌دهد. از آن تاریخ تا اواسط سال ۱۹۳۰ تقریباً همه تونل‌های باد به منظور ایجاد جریان‌هایی با سرعت ۰ تا ۲۵۰ مایل بر ساعت طراحی شدند. در اواخر سال ۱۹۴۰، گسترش و توسعه هواپیماها به طور فزاینده‌ای گران شد همچنین هزینهٔ طراح‌های ناموفق هواپیما رو به افزایش بود. به همین علت طراحان هواپیما به دنبال راهی برای مدل کردن هواپیما به صورت ریاضی و شبیه‌سازی پایداری و کنترل می‌گشتند تا آن جاییکه دیگر نیازی به ساخت هواپیما نباشد. این مسئله با افزایش سرعت هواپیماها همراه شد و باعث افزایش نیاز به تونل‌های باد پیچیده تر گشت. و به طور اختصاصی بعد از جنگ جهانی دوم به تونل‌های ما فوق صوت نیاز بود.

تونل‌های باد ما فوق صوت به صورتی کار می‌کنند که بر خلاف منطق به نظر می‌آید. مثلاً در گلوگاه تونل باد تنگ شده انتظار می‌رود که سرعت بادی که از میان آن عبور می‌کند افزایش یابد بنابراین به نظر می‌آید که در چنین تونل بادهایی مدل باید در گلوگاه قرار گیرد تا با سطح بالاتری از سرعت جریان در تماس باشد. اما واقعیت بدین گونه‌است که به محض رسیدن جریان به این قسمت سرعت هواپیما به ماخ ۱ می‌رسد، هوا متراکم و گرم می‌شود. وقتی که هوا از این گلوگاه عبور می‌کند (در واقع سرعتش بیشتر از ۱ ماخ است) انرژی که در هوا به علت متراکم شدن و گرم شدن ذخیره شده بود، به انرژی جنبشی تبدیل می‌گردد. به بیان دیگر تمام این انرژی ذخیره شده مجبور به تبدیل شدن به گونه دیگری از انرژی می‌باشد و در فرم جدید میزان زیادی هوا با سرعت بسیار بالا در حال حرکت از میان تونل می‌باشد. تونل باد ما فوق صوت به این طریق کار می‌کند و مدل در مقطعی از تونل که گشاد می‌شود قرار می‌گیرد.

تعداد بسیار زیادی تونل ما فوق صوت کوچک در دهٔ ۴۰ میلادی مورد استفاده بودند اما طراحان هواپیما به تونل‌های بزرگتری برای مدل هایشان نیاز داشتند. در سال ۱۹۴۸ کمیتهٔ ملی مشورتی هوانوردی (ناکا) شروع به ساخت تونل بادهای مافوق صوتی با ابعاد ۱٫۲*۱٫۲ متر در مرکز تحقیقاتی لانگلی در سواحل اتلانتیک در ویرجینیا کرد. در همین زمان تاسیسات دیگر ناسا در مرکز ایمز واقع در کالیفرنیا نیز شروع به شاخت تونل مافوق صوت نسبتاً بزرگتر و پیچیده تر کرد.

(اما مشکلاتی هم وجود داشت). به خاطر اینکه حتی نقص‌های بسیار کوچک در دیوارهٔ تونل باعث فشرده شدن هوا و ایجاد شک ویو می‌شود، تونل‌های ما فوق صوت به دیوارهی داخلی بسیار صافی نیاز دارند. بسیاری از همین اصول به کار رفته در تونل‌های مافوق صوت در تونل‌های ماورائ صوت به کار گرفته شدند تا سرعت‌های بالاتر از ماخ ۵ نیز ایجاد شود. اما چندین مشکل دیگر نیز در این تونل‌ها وجود دارد. یکی از آنها قدرت بسیار زیاد لازم برای شتاب دادن هوا می‌باشد، بنابراین بیشتر تونل بادهای ماورائ صوت نمی‌توانند به طور مرتب و پیوسته کار کنند زیرا میزان بسار زیادی هوای فشرده را ذخیره می‌کند و در مدت بسار کوتاهی به طور پیوسته رها می‌سازد. به همین علت تونل‌های ماورائ صوت دارای تانک‌های بزرگی برای نگهداری هوای فشرده دارند. مشکل دیگر این می‌باشد که هوایی که از محفظهٔ تراکم خارج می‌شود، به علت تبدیل انرژی حرارتی آن به انرژی جنبشی سرد می‌شود. در این تونل‌ها تا آنجایی هوا ممکن است سرد شود که به مایع تبدیل شود. این یک موضع سادهٔ رطوبت ایجاد شده در هنگاه کندانس کردن (چگال کردن) هوا نیست. خود هوا تبدیل به مایع می‌شود (نه رطوبت موجود در هوا). برای جلوگیزی از این تغییر فاز، هوا را وقتی که در محفظهٔ نگهداری می‌باشد قبل از رهاسازی به طور عمدی گرم می‌کنند. برای مثال در تونل‌های باد با سرعت‌های ماخ ۱۰، هوا تا ۱۶۴۹ درجهٔ سانتی گراد گرم می‌شود تا وقتی رها می‌شود تغییر فاز ندهد (به مایع تبدیل نشود).

متد دیگر برای دست یابی به سرعت‌های بالا این می‌باشد که مدل را از داخل لولهٔ یک اسلحه، در داخل تونل باد بر خلاف جریان شلیک کرد. در این حالت سرعت مدل با سرعت جریان هوا جمع می‌شود و سرعت شبیه‌سازی شدهٔ بالایی را ایجاد می‌کند. مدل‌ها در حالی که با سرعت بالا حرکت می‌کنند، عکس بر داری می‌شوند. در این متد به خاطر این که برای رسیدن به سرعت‌های ماورائ صوت فقط هوا به تنهایی حرکت نمی‌کند، مشکلی در رابطه با مایع شدن (تغییر فاز) هوا ایجاد نمی‌شود. اما مدل‌ها در پروسهٔ آزمایش از بین می‌روند.

یکی از پیشرفت‌های مهم در طول این مدت (۱۹۴۰ تا ۱۹۵۰)، شیارهای داخل دیوارهٔ تونل باد بود. یک مشکل بزرگ با تونل‌های باد این بود که جریان هوای ردشده از مدل می‌تواند با دیوارهٔ تونل برخورد کند و به سمت مدل برمی گردد و یا در وسایل ای آزمایش اختلال ایجاد می‌کند. ری رایت، یک محقق در مرکز تحقیقاتی لانگلی پیشنهاد کرد که شیارهایی در دیوارهٔ تونل باد ایجاد شود تا هوا در اطراف مدل راحت تر حرکت کند. یک گروه دیگر از متخصصان آیرودینامیک به سرپرستی جان استک این روش را در یک تونل مافوق صوت به کاربردند که فوراً بسیاری از مشکلاتی را که آنها در سرعت‌های نزدیک ماخ ۱ با آن مواجه بودند حل کرد. به عنوان نتیجهٔ کار آنها جایزهی کلییرترافی در سال ۱۹۹۵ به استک و گروه او داده شد. جایزه‌ای که مهمترین پیشرفت در دانش هوانوردی در سال را نشان می‌دهد.

در ضمن استفاده کردن از تونل باد برای طراحی هواپیماهای جدید، مشکلات دیگری را نیز که بر روی هواپیماهایی که تازه عملیاتی شده بودند (تازه ساخته شده‌اند) تاثیر می‌گزارد حل می‌کند. یک مشکل که هواپیماهایی که در دمای پایین پرواز می‌کنند عاجز می‌کند یخ می‌باشد. یخ بر روی ملخ‌ها و بدنهٔ هواپیما، مخصوصا ٌ بال‌ها تشکیل می‌شود و بر عملکرد هواپیما تأثیر مخربی دارد. تشکیل یخ به طور اختصاصی روی بال‌ها بد می‌باشد زیرا می‌تواند لیفت را از بین برده باعث از دست رفتن ارتفاع هواپیما وسقوط آن می‌شود و یا می‌تواند جلوی حرکت سطوح کنترل را گرفته و پرواز را برای خلبان غیر ممکن کند.

توسعهٔ ساخت تونل‌های یخی در دههٔ ۴۰ برای مطالعه روی این مسئله شروع شد. آنها شبیه تونل‌های سادهٔ مادون صوت ساده هستند اما با سیستم خنک‌کننده‌ای که می‌تواند هوا را به خوبی تا زیر دمای یخ زدن (دمای انجماد آب) خنک کند مجهز شده‌اند. قطرات آب درون جریان هوا اسپری می‌شود تا روی بدنهٔ هواپیما یخ بزنند. مهندسان تشکیل یخ روی هواپیما را نظارت می‌کنند. وسائل ضد یخ مثل گرم کن‌های برقی و یا لوله‌های شامل مایع ضدیخ مثل الکل در قطعاتی از هواپیما که بیشتریین میزان یخ تشکیل می‌شود نصب شده‌اند. در تونل یخ وقتی یخ شروع به تشکیل روی بدنهٔ هواپیما می‌کند، گرم کن‌ها روشن می‌شونند و محققان تأثیر این وسایل را در جلو گیری از تشکیل یخ را بررسی می‌کنند.

مدل‌های دیگری از تونل‌های باد نیز موجود است. "تونل‌های گردش" که رفتار هواپیما را وقتی که خارج از کنترل، پرواز و شروع به گردش می‌کند (در اصطلاح خلبانان به آن انحراف از پرواز کنترل شده می‌گویند) را آزمایش می‌کنند. این تونل‌ها آزمایش می‌کنند که آیا در این حالت خلبان می‌تواند پرواز را به حالت عادی برگرداند یا باید اجکت کند. تونل‌های پرواز آزاد نیز وجود دارند، جایی که مدل‌ها توسط کنترل از راه دور واقعاً به پرواز در می‌آیند، به کمک خلبانی که در اتاق کنترل نشسته و سیگنال‌ها را از طریق کابل متصل به هواپیما می‌فرستد. تونل‌های کوره مانندی برای تست چگونگی رفتار موشک‌ها و فضاپیماها در جریان‌های دما بالا وجود دارند. مثلاً وقتی که در حال برگشت به اتمسفر زمین هستند. تونل‌های مغناطیسی نیز وجود دارند. جایی که مدل داخل تونل توسط میدان‌های بسیار قدرتمند مغناطیسی در حال تعادل نگه داشته می‌شوند و اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق تری برداشته شود.

قبل از دههٔ ۵۰ میلادی بیشتر تونل‌های باد، در ایالات متحده ساخته شدند وهمه توسط ناکا اداره می‌شدند. اما در سال ۱۹۴۶ در نتیجهٔ یک مطالعه در مورد تونل‌های باد در ایالات متحده این پیشنهاد شد که ضنعت و دانشگاه‌ها نقش بزرگتری در توسعهٔ تونل‌های باد دارند. این مسئله به عقد قرار داد تونل باد ملی در ۱۹۴۹ سرانجام یافت. قرار داد، تونل‌های باد مافوق صوت جدید را در سه تاٌسیسات اصلی ناکا را مقرر کرد. همچنین برایجاد تونل‌های مافوق صوت مشخص در دانشگاه‌ها پا فشاری می‌کرد. پیشرفت‌ها در تونل‌های باد دانشگاهی به صورت پایه‌ای از دو جهت مهم بود، تا هم نتایج تحقیقات ناکا را چک کند و هم مهندسان جدید در علم آئرودینامیک آموزش دهد، و کمتر شدن نقش بودجهٔ دولت در تحقیقات تونل باد را نشان دهد.

برای سال‌ها تونل‌های باد راه کم خرج تری را برای تست هواپیما نسبت به ساخت هواپیما با سایز اصلی ارائه کردند. اما تحقیقات تونل باد نیز گران بوده و هست. آزمایش یک طرح جدید هواپیما در یک تونل باد میلیون‌ها دلار خرج دارد. در نتیجه طراحان به طور فزاینده‌ای به سمت کامپیوتر و متدهایی، که حل عددی مکانیک سیالات (هوا، آب، ...) گفته می‌شود، تغییر مسیر دادند. متدی که جریان سیال را به طور کامل شبیه‌سازی می‌کند. کامپیوترهای قدرتمند نسبتاًارزان بوده و مدل‌های کامپیوتری خیلی راحت تر از مدل‌های فیزیکی که از پلاستیک، آهن یا چوب ساخته می‌شوند قابل تغییر هستند.

امروزه تونل‌های باد کمتر و کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند و تونل‌های باد غول پیکری که مورد نیاز بودند و در دهه‌ها ۴۰ و ۵۰ میلادی در بسیاری از مراکز تحقیقاتی آیرودینامیک شروع به کار کردند، هک اکنون فقط گاهی اوقات به عنوان پشتوانهٔ شبیه‌سازی‌های کامپیوتری مورد استفاده هستند تا ثابت کنند که حدس‌های عددی درست هستند. گرچه در بسیاری از موارد مهم، طراحان هواپیما مجبور به استفاده از تونل‌های باد برای آزمایش طرح هایشان بعد از شبیه‌سازی و حدس اشتباه هستند. برای مثال موشک هوا پرتاب "پگاسوس ایکس ال" تلفات داد، در یک نقص ایرودینامیکی در پرواز که پیشبینی نشده بود. اما در طول سال‌ها بیشتر تونل‌های بزرگ باد ساخت ناکا ممکن است به طور کامل خاموش شوند. صدای مهیب آن‌ها با صدای وزوز کردن فن کامپیوترها جانشین شده‌است.
منابع
    در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ تونل باد موجود است.

آشنایی با تحلیل جریان بر روی مدل در تونل باد

شکل زیر جزئیات جریان هوا در اطراف یک هواپیمای مدل را که در یک تونل بادر در حال تست می‌باشد، نشان می‌دهد. دانشمندان برای بررسی مقاومت هواپیما و عملکرد مناسب آن، مدل هواپیمای مورد نظر را ساخته و آن را درون تونل باد تست می‌نمایند. با رسیدن سرعت پرواز هواپیمای مدل به سرعت صوت، از امواج صوتی تولید شده توسط موتور خود سبقت می‌گیرد و امواج فشاری را در پشت سر خود به جای می‌گذارد.

در شکل روبرو نقطه ۱ امواج تولید شده در اثر شکستن دیوار صوتی را نشان می‌دهد.

این امواج همان گونه که در نقطه ۲ مشاهده می‌شود با دور شدن از هواپیما کوچک‌تر می‌شوند.

نقطه ۳ بازوی فلزی نگهدارنده هواپیمای مدل را در درون تونل باد نشان می‌دهد.

همان گونه که در نقطه ۴ مشاهده می‌شود، امواج فشاری مانند امواج آب بر روی یک استخر به سمت خارج پخش می‌شوند.

نقطه ۵ نیز منحرف شدن هوا در برخورد با دماغه هواپیما را نشان می‌دهد.

تونل باد دارای ۵ مقطع می‌باشد که در شکل زیر مشاهده می‌شوند:

در این شکل نقطه ۱ فن تونل را نشان می‌دهد. فن‌های عظیم به کار گرفته شده در تونل‌های باد، وظیفه تولید جریان باد را برعهده دارند.

مقطع ۲، ورودی هوای تونل باد را نشان می‌دهد. هوا در این مرحله پس از گذشتن از یک محفظه لانه زنبوری، موازی دیواره‌های تونل جهت می‌گیرد و وارد بخش بعد می‌شود.

مقطع ۳، سطح مقطع عبور هوا را کم می‌کند و باعث می‌شود سرعت حرکت هوا نسبت به ورودی افزایش یابد.

مقطع ۴ محل تست می‌باشد. حسگرهای نصب شده در این مقطع اثرات باد بر روی هواپیما را بررسی می‌کنند.

مقطع ۵ نیز سطح مقطع عبور جریان را افزایش می‌دهد تا سرعت باد کاهش یافته و از تونل خارج شود. هوای خروجی یک مدار بسته را طی خواهد نمود و مجدداً به تونل وارد خواهد شد.

تست‌ها برای رساندن نیروی برا به حداکثر و نیروی پسا به حداقل مقدار خود به کار می‌روند. تونل‌های باد بسیار پر هزینه و خطرناک می‌باشند. هوا در تونل بادهایی که با ۱۰ برابر سرعت صوت حرکت می‌کند ممکن است آن قدر سرد شود که به مایع تبدیل شود.

تست کردن در تونل باد با کار بسیار پیچیده‌ای می‌باشد و امروزه کم‌کم جای خود را به روش‌های CFD (دینامیک سیالات محاسبه‌ای) یا (computational fluid dynamics) می‌دهند. در این روش مدل به صورت کامپیوتری و با کمک معادلات پیچیده ریاضی ساخته می‌شود.

روش‌های کامپیوتری، جریان هوا بر روی بال را نیز مدل می‌کنند و به بررسی آن کمک فراوان می‌کنند.