Δευτέρα, 11 Σεπτεμβρίου 2017

Lighting Design book

Συγγραφέας: Δημήτριος Ζευγώλης 
Εκδόσεις: ΕΑΠ
Έτος Έκδoσης: 2013
ISBN: 978-960-538-939-0
 Αρ.Σελίδων: 393
Αρ.Σχημάτων:
Αρ.Ασκήσεων κ' Παραδειγμάτων:  


Πρόλογος
Έχει αποδειχθεί ότι οι τεχνολογικές καινοτομίες και τα επικρατούντα φιλοσοφικά υπόβαθρα, οι αντιλήψεις και τα ιδεολογικά–εικαστικά ρεύματα έχουν μια ισχυρή διαχρονική αλληλεξάρτηση. Το κάθε τεχνολογικό επίτευγμα, που ανακαλύπτει ή εφευρίσκει ο άνθρωπος, μπορεί να επηρεάσει τον τρόπο του σκέπτεσαι, να μεσολαβήσει στην προσπάθειά του να προσεγγίσει το περιβάλλον, να δημιουργήσει τελικά μία νέα εικαστική αντίληψη. 

Ακόμη και στην Πολιτεία του Πλάτωνα, η εξιστόρηση του «Σπηλαίου» και η απεικόνιση των σκιών στον τοίχο, ερμηνεύεται κατά διττό τρόπο: είτε φιλοσοφικά και σε αλληγορικό επίπεδο ως την εμμονή του Ανθρώπου στα «επίγεια πράγματα» από τα οποία πρέπει να απαλλαγεί για να στρέψει την προσοχή του στις αισθήσεις, που τελικά θα τον οδηγήσουν στις «αληθινές ιδέες», είτε τεχνολογικά ως «οθόνη προβολής», που διαμεσολαβεί μεταξύ του Ανθρώπου και της πραγματικότητας, και θα μπορούσε να ήταν μία παράσταση μέσω της οποίας ο Άνθρωπος ορέγυται του ειδέναι (Αριστοτέλης). 

Τέτοιες αλληλεπιδράσεις Τέχνης και Επιστήμης (Art & Science) εμφανίζονται σε κάθε χρονική περίοδο. Στην εποχή της πνευματικής ανάτασης, όπως αποκαλείται η Αναγέννηση και ο Διαφωτισμός (14οςαι.), φωτεινό παράδειγμα μελετητού και σχεδιαστού υπήρξε ο Leonardo da Vinci, που συνδύαζε Τέχνη, Επιστήμη και Τεχνολογία, για να οραματιστεί έναν κόσμο από Καλλιτέχνες, Αρχιτέκτονες και Μηχανικούς, οι οποίοι από κοινού θα εμπορεύονταν το προϊόν της σκέψης και των χεριών τους. Ανάλογες αλληλεπιδράσεις εμφανίζονται και σήμερα, με τις εφαρμογές λ.χ. της ολογραφίας και με την εμφανή επίδρασή τους στο χώρο των Τεχνών. Οι εικόνες της Τέχνης είναι η μετάφραση του οπτικού χώρου, όπως τον παρατηρεί ο καλλιτέχνης που αναζητά την αναπαράστασή του πάνω στον καμβά. Σε έναν καμβά που μεταμορφώνεται σε φως και σε ολογραφική εικόνα. Ο καλλιτέχνης προσπαθεί να συζεύξει Τέχνη και Επιστήμη. Σε αυτήν τη σύζευξη, η τέχνη της ύλης είναι η έκφραση του ζωγράφου και του γλύπτη. Η Επιστήμη της Φωτονικής είναι η έκφραση του εικαστικού που προέρχεται από την εικόνα της σύγχρονης τεχνολογίας και της νέας έννοιας του χώρου. 

Αυτό το είδος των αλληλεπιδράσεων αποκαλούμε διεπιστημονικότητα. Είναι ένας κλάδος Επιστημών που συμπορεύει διαφορετικές ειδικότητες προς ένα κοινό στόχο. Εδώ, συναντιούνται επιστήμονες διαφορετικών ειδικοτήτων για να συνεργαστούν σε θεματικά πεδία. Ξεκινούν από διαφορετικό σημείο προοπτικής (π.χ. η γνώση σε επιμέρους γνωστικά πεδία τούς είναι άγνωστη ή αρκετά περιορισμένη), ακόμη και η mentality διαφέρει ως προς την αντιμετώπιση του στόχου. 

Σήμερα, τέτοιες διεπιστημονικές συνεργασίες είναι πολύ διαδεδομένες και αποτελούν τη βάση για νεωτεριστικά (υβριδικά) προγράμματα σπουδών. Αυτή η διεπιστημονικότητα εμφανίζεται και στη θεματική ενότητα ΣΦΠ61 του Μεταπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών (Σχεδιασμός Φωτισμού) του Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου και στοχεύει να ταιριάξει τη σύγχρονη τεχνολογία με την τέχνη του Φωτισμού. Ο σχεδιαστής Φωτισμού πρέπει να μελετήσει και να γίνει γνώστης της τεχνολογίας, αλλά και της ιστορίας της, για να μπορέσει να την εφαρμόσει στο χώρο των δεξιοτήτων του. Αυτός είναι και ο λόγος της συγγραφής του παρόντος τόμου.

Περιεχόμενα του Bιβλίου

Αναλυτικό περιεχόμενο του βιβλίου

Optics book

Συγγραφέας: Δημήτριος Ζευγώλης  
Εκδοτικός Οίκος: Εκδόσεις ΤΖΙΟΛΑ  
Έτος Έκδoσης: 2016
ISBN: 978-960-418-644-0
Αρ.Σελίδων:696
Αρ.Σχημάτων: 263
Αρ.Ασκήσεων κ' Παραδειγμάτων: 297 


Το Διδακτικό βιβλίο «Εφαρμοσμένη Οπτική» έρχεται αναμφίβολα να καλύψει ένα κενό στην επιστημονική περιοχή της Οπτικής. Το τελευταίο σύγγραμμα Οπτικής αναφέρεται στις δεκαετίες των ΄60 και ΄70. Πολύ αργότερα κυκλοφόρησαν (σε ελληνική μετάφραση) συγγράμματα Φυσικής, όπου το ύφος της συγγραφής απευθυνόταν περισσότερο σε φοιτητές, που πρωτογνώριζαν τη φυσική επιστήμη. Το βιβλίο «Εφαρμοσμένη Οπτική» έρχεται να καλύψει αυτό το κενό για τους εξής λόγους:
  • συνδυάζει τη βασική γνώση με τη σύγχρονη τεχνολογία με τη βοήθεια παραδειγμάτων ή παρεμβολών μέσα στα ίδια τα επιστημονικά κείμενα,
  • στη 3η έκδοση του βιβλίου «Εφαρμοσμένη Οπτική, με θέματα οπτικών ινών και Laser» προστέθηκαν κείμενα, τα οποία παρουσιάζουν τεχνολογικό ενδιαφέρον, όπως είναι οι οπτικές ίνες και τα Lasers. Δόθηκε επομένως έμφαση σε εφαρμογές των οπτικών τεχνολογιών και στις συνέπειες που προέρχονται από τη συνεχώς εξελισσόμενη βιομηχανική και τεχνολογική πρόοδο. Παράλληλα, περιλαμβάνει επιλεκτικές λύσεις ασκήσεων καθώς και ένα τρίγλωσσο λεξικό επιστημονικών όρων (αγγλικά-γερμανικά-ελληνικά)
  • στα περισσότερα παραδείγματα, όπου απαιτείται η χρήση μίας πηγής φωτός, αναφερόμαστε στις ακτίνες Laser,
  • σε πολλά κεφάλαια ενσωματώνονται σύγχρονα επιστημονικά θέματα π.χ. προσαρμοστική ικανότητα οπτικού συστήματος, μονοχρωματικότητα, συμβολομετρία, συμφωνία φωτεινών πηγών κ.ά.,
  • σε πολλές περιπτώσεις χρησιμοποιούμε υπότιτλους κεφαλαίων σε μορφή ερώτησης ή διαλόγου (π.χ. τι είναι λάθος στο μοντέλο των Rayleigh-Jeans ή γιατί δεν βλέπουμε τα άτομα κ.λπ.),
  • το βιβλίο παραπέμπει σε σύγχρονη βιβλιογραφία,
  • στο τέλος του κάθε κεφαλαίου υπάρχει πληθώρα ασκήσεων. Συνολικά υπάρχουν 137 ασκήσεις και 160 περίπου παραδείγματα υπό μορφή ασκήσεων και εφαρμογών.
  • Περιεχόμενου Βιβλίου
    Γενικές Πληροφορίες
    Οδηγίες προς Διδάσκοντες
    Παροράματα

    Που απευθύνεται  Επιστροφή

    Το βιβλίο αυτό απευθύνεται σε ένα ευρύ φάσμα αναγνωστικού κοινού:

  • στους φοιτητές Ανωτάτων Εκπαιδευτικών Ιδρυμάτων (Πολυτεχνικών Σχολών και Σχολών Θετικών Επιστημών) και Ανωτάτων Τεχνολογικών Εκπαιδευτικών Ιδρυμάτων. Το μάθημα της Οπτικής δεν εντάσσεται μόνο στο πλαίσιο της διδασκαλίας της εισαγωγικής Φυσικής, αλλά και ως ανεξάρτητο μάθημα, υποχρεωτικό ή κατ' επιλογή, συνήθως στο πέμπτο ή έκτο ακαδημαϊκό εξάμηνο,
  • σε υποψήφιους διδάκτορες και μεταπτυχιακούς φοιτητές. Η μεταπτυχιακή έρευνα στα πανεπιστημιακά ιδρύματα της χώρας απαιτεί τη συγγραφή επιστημονικής βιβλιογραφίας σε βασικούς κλάδους των επιστημών, ώστε οι νέοι ερευνητές να διαθέτουν περισσότερα συγγράμματα και στην ελληνική γλώσσα,
  • σε τηλεπικοινωνιακούς και ηλεκτρονικούς τεχνολόγους μηχανικούς. Η Οπτική σε συνδυασμό με τη σύγχρονη τεχνολογία των οπτικών ινών και των ακτίνων Laser είναι ως επιστημονικός κλάδος απαραίτητος για κάθε μηχανικό. Το βιβλίο απευθύνεται και σε αυτούς, αφιερώνοντας σχετικό κεφάλαιο για τις οπτικές ίνες και τις τεχνικές οπτικής μετάδοσης της πληροφορίας,
  • το επιστημονικό και τεχνικό προσωπικό διαφόρων ειδικοτήτων που ασχολείται με οπτικοηλεκτρονικά θέματα θα το εκτιμήσει ανάλογα, επειδή διαπραγματεύεται εξίσου ενδιαφέροντα θέματα όπως και οι δικές του δραστηριότητες.

  • Περιεχόμενα του Bιβλίου   Επιστροφή

    Αναλυτικό περιεχόμενο του βιβλίου

    Κεφάλαιο 1   Θέματα Γεωμετρικής Οπτικής
    Κεφάλαιο 2   Αλληλεπίδραση ΗΜ Ακτινοβολίας και Ύλης
    Κεφάλαιο 3   Οπτικές Ινες
    Κεφάλαιο 4   Πόλωση
    Κεφάλαιο 5   Συμβολή και Περίθλαση
    Κεφάλαιο 6   Οπτικά Όργανα & Τεχνικές
    Κεφάλαιο 7   Φωτομετρία, Φωτεινές Πηγές & Νόμοι της Ακτινοβολίας
    Κεφάλαιο 8   Laser
    Παραρτήματα ,Λυμένες Ασκήσεις, Λεξικό όρων οπτικής

    Ευρετήριο ονομάτων, Ευρετήριο όρων 

    Γενικές Πληροφορίες  Επιστροφή

    Η συγγραφή ενός διδακτικού βιβλίου πανεπιστημιακού επιπέδου στην περιοχή της Εφαρμοσμένης Οπτικής έχει ως σκοπό να προσφέρει αφενός γνώση στους φοιτητές των ανωτάτων σχολών, αφετέρου να είναι χρήσιμο σε μεταπτυχιακούς φοιτητές ή ακόμη και σε επιστήμονες εξειδικευμένων κλάδων. Η τρίτη έκδοση του βιβλίου περιλαμβάνει και θέματα οπτικοηλεκτρονικής και Laser, θέματα τα οποία παρουσιάζουν εξαιρετικό επιστημονικό και τεχνολογικό ενδιαφέρον.
     
    Κάθε Κεφάλαιο (π.χ. Θέματα Γεωμετρικής Οπτικής) περιλαμβάνει τίτλους κεφαλαίων (π.χ. Κοίλα Σφαιρικά Κάτοπτρα) και υπότιτλους (π.χ. Εξίσωση των κατόπτρων) έτσι ώστε ο αναγνώστης να γνωρίζει το περιεχόμενο των επόμενων σελίδων. Στα περισσότερα κεφάλαια υπάρχουν επίσης παρατηρήσεις (οι οποίες αναφέρονται σε θέματα δευτερευούσης σημασίας ή εμβάθυνσης), ορισμοί ακόμη και παραδείγματα (τα οποία αναφέρονται σε λυμένες ασκήσεις ή εφαρμογές). Τα χρήσιμα συμπεράσματα τοποθετούνται μέσα σε κεραμιδί πλαίσιο και σε έντονους χαρακτήρες. 

    Η Βιβλιογραφία παραπέμπει όχι μόνο σε ελληνικά κείμενα αλλά και σε αγγλικά ή γερμανικά έτσι ώστε οι αναγνώστες να έχουν τη δυνατότητα περαιτέρω αναζήτησης.


    Υπάρχουν λυμένες ασκήσεις, οι εκφωνήσεις των οποίων βρίσκονται στο τέλος του κάθε κεφαλαίου και συμβολίζονται με αστερίσκο (*). Συνιστάται στους φοιτητές να μην προστρέχουν αβίαστα στη λύση των ασκήσεων, αλλά να προσπαθούν για την επίλυσή τους. Αν παρόλα αυτά αδυνατούν ας βοηθούνται από τη λύση βήμα προς βήμα. 

     
    Οδηγίες προς τους Διδάσκοντες  Επιστροφή

    Το διδακτικό βιβλίο «Εφαρμοσμένη Οπτική, 3η έκδοση» περιλαμβάνει όλη την ύλη που σχετίζεται στην επιστημονική περιοχή του Ηλεκτρομαγνητισμού με έμφαση στην Οπτική.
     
    Στην περίπτωση που το μάθημα της Οπτικής διδάσκεται μέσα στα πλαίσια της Γενικής Φυσικής 2 και επομένως αφιερώνονται μόνο 3-5 εβδομάδες διδακτικού φόρτου (συνολικά 9-15 ώρες διδασκαλίας) θα πρέπει η διδακτέα ύλη να περιορίζεται ενδεικτικά στα εξής βασικά θέματα:
    Κεφ.1: §1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6.1, 1.6.2, 1.7  
    Κεφ.2: §2.1, 2.3, 2.4, 2.6  
    Κεφ.3: §3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.6, 3.7  
    Κεφ.4: §4.1, 4.2, 4.3, 4.4 
    Κεφ.5: §5.3, 5.4, 5.6  
    Κεφ.6: §6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.7 
    Κεφ.7: §7.1, 7.2, 7.3, 7.6, 7.7, 7.8, 7.9  
    O Διδάσκων μπορεί να τροποποιήσει το παραπάνω διάγραμμα, λαμβάνοντας υπόψη του και άλλους παράγοντες όπως είναι το πρόγραμμα σπουδών ή/και η κατεύθυνση ειδίκευσης του πτυχίου του Τμήματός του.

    Στην περίπτωση που το μάθημα της Οπτικής διδάσκεται μέσα στα πλαίσια ανεξάρτητου μαθήματος (κυρίως στο 5ο ή 6ο εξάμηνο) και επομένως αφιερώνεται πλήρης διδακτικός φόρτος 13 εβδομάδων, ο Διδάσκων θα πρέπει, αφού αναφέρει εν συντομία τα βασικά θέματα της εκάστοτε ύλης (όπως αυτά προαναφέρθηκαν), να επικεντρωθεί στη διδασκαλία των εξής θεμάτων:

    Κεφ.1: §1.8 
    Κεφ.2: §2.2, 2.5  
    Κεφ.3: §3.1 - 3.13 
    Κεφ.4: §4.5, 4.6, 4.7  
    Κεφ.5: §5.1, 5.2, 5.5, 5.7, 5.8  
    Κεφ.6: §6.8  
    Κεφ.8: με επιλογή του διδάσκοντος ανάλογα με το πρόγραμμα σπουδών του κάθε Τμήματος.
       
    Στην περίπτωση που χρησιμοποιείται το βιβλίο ως βοήθημα για μαθήματα επιλογής (π.χ. Laser, Κβαντική Οπτική κ.ά.), τότε το Κεφ.8 πρέπει να διδάσκεται υποχρεωτικά.  

    Στην περίπτωση μεταπτυχιακής μελέτης ή όταν χρησιμοποιείται από εξειδικευμένο προσωπικό, τότε η επιλογή των θεμάτων θα πρέπει να γίνεται από το ευρετήριο όρων ανάλογα με τα ενδιαφέροντα του καθενός.

    Οι διδάσκοντες μπορούν να ζητήσουν απο τον εκδότη όλες τις λύσεις των ασκήσεων.

     
    Παροράματα   Επιστροφή
     
    Κεφ. 5, σελ. 342, υποσημείωση 41
    Ο όρος «παραλλακτική γωνία» προέρχεται από την παράλλαξη των αστέρων, δηλαδή τη γωνιακή μετατόπιση της φαινόμενης θέσης ενός ουράνιου αντικείμενου (π.χ. αστέρα) πάνω στην ουράνια σφαίρα, όταν παρατηρείται από δυο σημεία που απέχουν πολύ μεταξύ τους. Ο όρος αυτός συνηθίζεται στην Αστρονομία, ωστόσο χρησιμοποιείται εξίσου συχνά για να υποδηλώσει μια γωνία παρατήρησης (όρασης) ή μεταβολή θέσης ενός αντικειμένου (βλ. π.χ. http://en.wikipedia.org/wiki/Stellar_parallax). 

    Κεφ.8, σελ 542 
    ο λόγος της σχέσης [8.10.α] γράφεται (λ/2a)

    Πέμπτη, 1 Σεπτεμβρίου 2016

    Ενδιαφέροντα & χρήσιμα αρχεία



    1. Το αρχείο Τύποι Συστημάτων Λέιζερ  περιέχει τους σπουδαιότερους τύπους Laser αερίων, στερεών και υγρών με τα χαρακτηριστικά τους, που αναφέρονται στη φασματική περιοχή εκπομπής, στο είδος λειτουργίας τους και στην τιμή της ισχύος εξόδου.

    2. Το αρχείο Διατάξεις πρισμάτων αναφέρεται σε διαθλαστικά και ανακλαστικά πρίσματα, όπως π.χ. πρίσμα εκτροπής της δέσμης, διπλή διάταξη, πεντάπρισμα κ.ά.

    3. Το αρχείο Τυπολόγιο μαθηματικών σχέσεων αναφέρεται σε μαθηματικούς τύπους. 

    4. Το αρχείο Οπτικοί Κυματοδηγοί αναφέρεται σε μια μαθηματική περιγραφή διάδοσης ενός ΗΜ κύματος μέσα σε ηλεκτρικά μη αγώγιμες επιμήκεις ταινίες που αποτελούνται από μονωτικά υλικά, όπως είναι οι διαφανείς κρύσταλλοι (π.χ. LiNbO3) και οι ημιαγωγοί (π.χ. GaAs).

    5. Η Μελέτη Στάσιμων Κυμάτων διαπραγματεύεται την υπέρθεση δύο ή περισσότερων κυματικών διαταραχών που διαδίδονται εντός του ίδιου μέσου. Η Αρχή της Επαλληλίας (δηλαδή η αλγεβρική πρόσθεση των πλατών τους) εφαρμόζεται σε πολλά είδη κυμάτων ακόμη και στα ηλεκτρομαγνητικά.

    6. Τα ΗΜ διαδίδονται σε Κυματοδηγούς & Ομοαξονικά Καλώδια, που χρησιμοποιούνται ευρέως στην τεχνική των Μικροκυμάτων, στην Οπτική Κυματοδηγοί κυκλικής διατομής βρίσκουν εφαρμογές σε στρατιωτικούς τομείς, κυρίως στην κατασκευή των ραντάρ.

    7. Η Σημασία του Πειράματος στη Φυσική. Μια ιστορική αναδρομή και η σχέση της Φυσικής με άλλες Επιστήμες.

    8. Το αρχείο Μέθοδος των Ελάχιστων Τετραγώνων ειναι μια σημαντική υπολογιστική μέθοδος που χρησιμοποιείται σε πολλούς κλάδους των επιστημών. Θεωρητικοί και πειραματικοί φυσικοί, μηχανικοί, τεχνικοί, γιατροί και πλήθος άλλων επιστημόνων χρησιμοποιούν τις γραφικές παραστάσεις. Καθένα διάγραμμα είναι ένα μέσο παρουσίασης αριθμητικών δεδομένων με χρήση σημείων, γραμμών ή σχημάτων, όπου δίνεται η δυνατότητα να μελετήσουμε την εξέλιξη ενός φαινομένου με τρόπο απλό και ιδιαίτερα παραστατικό ή να υπολογίσουμε διάφορες μαθηματικές σταθερές μέσω γεωμετρικών στοιχείων.

    9. Το αρχείο Έγχρωμες Φωτογραφίες παραπέμπει σε κείμενα του βιβλίου.

    10. Αγκαζέ με τον Αινστάιν. Μια διαλογική-φιλοσοφική συζήτηση με τον διασημότερο φυσικό του 20ου αιώνα.

    11. Περι των ΧιλιετιώνΜια αστρονομική-φιλοσοφική συζήτηση για το πότε αρχίζει μια νεα χιλιετία. Ένα επίκαιρο θέμα με τη μορφή 10 ερωτημάτων, που ήταν στο επίκεντρο όλων των συζητήσεων στα τέλη του 1999.

    12. Στην ιστοσελίδα υπάρχουν ενδιαφέροντα επιστημονικά άρθρα. 

    13. Τί δίδαξε ο Νεύτων στον Αίνστάιν;;; 

    14. Χωρίς συνεργασία δεν υπάρχει πρόοδος. Μια ενδιαφέρουσα συνέντευξη








    Μετρολογία – Βασικές μονάδες μέτρησης

    Η Μετρολογία είναι η επιστήμη των μετρήσεων και περιλαμβάνει την επιστημονική έρευνα και τα προβλήματα της πρακτικής των μετρήσεων. Η ποιότητα κάθε μέτρησης εστιάζεται στα εξής σημεία: (α) πόσο αξιόπιστη είναι η μέτρηση, (β) πόσο ακριβής είναι η μέτρηση και (γ) πόσο αποτελεσματική είναι η επανάληψη της ίδιας μέτρησης υπό διαφορετικές αρχικές συνθήκες.

    Η απάντηση στα παραπάνω ερωτήματα εξαρτάται από τους εξής παράγοντες που μπορεί να συνοδεύουν όλη τη διαδικασία: το χρησιμοποιούμενο όργανο, τη λήψη δεδομένων (επιλογή τιμών και απόρριψη άλλων), τη διαχείρισή τους (επιλογή κατάλληλης υπολογιστικής μεθόδου), καθώς επίσης και την εμπειρία του επιστήμονα, που εκτελεί το πείραμα.

    Για να υπάρχει πλήρης εναρμόνιση μεταξύ όλων των εμπορικών, επιστημονικών ή άλλων εταίρων, θα πρέπει τα φυσικά μεγέθη να είναι συγκρίσιμα μεταξύ τους. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιούμε τα πρότυπα αναφοράς (standards) με τα οποία οφείλει κάθε μέγεθος (π.χ. μήκος, χρόνος, μάζα, πυκνότητα κ.ά.) να συγκρίνεται και να βαθμονομείται.

    Κάθε πρότυπο αντιστοιχεί σε μία θεμελιώδη ποσότητα που προσδιορίζεται βάσει διεθνών κανονισμών και θα πρέπει να πληροί τις εξής ιδιότητες: (α) να διαθέτει τη μέγιστη δυνατή ακρίβεια και (β) να είναι αναπαραγωγίσιμο μέγεθος.
      
    Από τις επτά βασικές μονάδες του Μετρικού Συστήματος (Systeme Internationale, SI) μόνο η μονάδα του μήκους (το Μέτρο) και η μονάδα του χρόνου (το Δευτερόλεπτο) ορίζονται βάσει οπτικών μεθόδων, στηριζόμενες σε αξιώματα και σε παγκόσμιες σταθερές που παραμένουν αναλλοίωτα με το χρόνο και δεν εξαρτώνται από κατασκευαστικές ή λειτουργικές λεπτομέρειες της πηγής εκπομπής. Παρακάτω θα ασχοληθούμε με αυτά τα δύο βασικά μεγέθη καθώς επίσης και με τη μονάδα της φωτεινότητας (candela).

    Η βασική μονάδα του μήκους
    Η βασική μονάδα μέτρησης του μήκους είναι το Μέτρο. Το Μέτρο είχε αρχικά οριστεί (1875) ως η απόσταση δύο χαραγών μίας συγκεκριμένης ράβδου από κράμα ιριδιούχου λευκόχρυσου με ακρίβεια μέτρησης 0.1μm. Η ακρίβεια αυτή ισοδυναμούσε σε σφάλμα 30m στη μέτρηση της απόστασης γης-σελήνης.

    Για να επιτευχθεί μεγαλύτερη ακρίβεια μέτρησης, έγινε το 1960 αναθεώρηση του ορισμού ως εξής: «το μέτρο ισούται με 1650763.73 φορές το μήκος κύματος της ακτινοβολίας του χημικού στοιχείου Κρυπτού που εκπέμπεται στο κενό και αντιστοιχεί στην ενεργειακή μετάπτωση του νουκλιδίου 86 του Κρυπτού».

    Το σφάλμα της μέτρησης, που προέκυπτε με το συγκεκριμένο ορισμό, ήταν δέκα φορές μικρότερο από το αντίστοιχο του μηχανικού προτύπου, επειδή η ενεργειακή μετάπτωση προσδιορίζεται με πολύ μεγάλη ακρίβεια από τις κβαντικές στάθμες του ατόμου του Κρυπτού, που σύμφωνα με την Κβαντομηχανική παραμένουν χρονικά αμετάβλητες. Ήταν η πρώτη φορά που ορίστηκε βασική μονάδα του συστήματος SI από τους Νόμους της κβαντικής Φυσικής.

    Η Διεθνής Επιτροπή Μέτρων και Σταθμών προχώρησε, το 1981, στον εκ νέου προσδιορισμό του Μέτρου, θεωρώντας την τιμή της ταχύτητας του φωτός στο κενό χωρίς πειραματικό λάθος, και ως εκ τούτου ως παγκόσμια σταθερά. Ο νέος ορισμός του Μέτρου είχε ως εξής: «το μέτρο είναι το μήκος του διαστήματος που διανύει το φως στο κενό σε χρόνο ίσο με το 1/299792458 του δευτερολέπτου».

    Θα μπορούσε να τεθεί το ερώτημα, πώς είναι δυνατόν από το μήκος κύματος μίας ακτινοβολίας να μετράμε άλλα μήκη; Απάντηση στο ερώτημα αυτό δίνει η Συμβολομετρία, όπου σε συνδυασμό με οπτικές μεθόδους συγκρίνεται το πρότυπο Μέτρο με το πολλαπλάσιο ενός μήκους κύματος μίας πηγής αναφοράς (π.χ. των ακτίνων Laser).

    Ακρίβεια μέτρησης μεγάλων αποστάσεων πετυχαίνουμε με τηλεμετρητικές μεθόδους, που υπολογίζουν το χρόνο διαδρομής που διανύει ένας παλμός Laser. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η μέτρηση της απόστασης γης-σελήνης. Αν τοποθετήσουμε μία συστοιχία ανακλαστικών πρισμάτων στην επιφάνεια της σελήνης και στοχεύσουμε τα πρίσματα με μία παλμική δέσμη Laser, από τη γη, τότε η ακτίνα θα ξαναγύριζε πίσω ανεξάρτητα από τη στιγμιαία θέση της σελήνης. Γνωρίζοντας την ταχύτητα του φωτός (c=299792458m/s) και για παλμούς πολύ μικρής διάρκειας (10^-12s), μπορούμε να υπολογίσουμε με μεγάλη ακρίβεια το χρονικό διάστημα T, στο οποίο ένας φωτεινός παλμός διανύει δύο φορές την απόσταση L (2L=cT). Έτσι, δίνεται η δυνατότητα μέτρησης μεγάλων αποστάσεων με ακρίβεια μερικών εκατοστών.

    Σήμερα, η τηλεμετρία χρησιμοποιεί τα δορυφορικά συστήματα GPS. Με την τεχνική αυτή, ένας δορυφόρος εκπέμπει ταυτόχρονα σήματα προς δύο γήινους σταθμούς λήψης, οι οποίοι τα λαμβάνουν τις χρονικές στιγμές t1 και t2 αντίστοιχα. Από τη διαχρονική εξέλιξη της διαφοράς t1-t2 μπορεί να προσδιοριστεί π.χ. η απομάκρυνση των σταθμών ή να μελετηθούν γεωλογικά φαινόμενα, όπως π.χ. η απομάκρυνση των ηπείρων.

    Η βασική μονάδα του χρόνου
    Το πρότυπο του χρόνου βασίστηκε αρχικά σε αστρονομικές παρατηρήσεις που οδήγησαν στον ορισμό της ώρας, του λεπτού και του δευτερολέπτου, ως κλάσματα της περιόδου της περιστροφής της γης γύρω από τον άξονά της. Το Δευτερόλεπτο ορίστηκε ως εξής: «1s=1/(60 60 24)=1/86400 μίας ηλιακής ημέρας, που μεσολαβεί ανάμεσα σε δύο διαδοχικές διαβάσεις του ηλίου από τον ουράνιο μεσημβρινό του τόπου».

    Για καθημερινές εφαρμογές χρησιμοποιούμε άλλα πρότυπα χρόνου που προσφέρουν μεγαλύτερη ακρίβεια. Αν και τα ρολόγια από χαλαζία έχουν κατασκευαστεί να μετρούν συχνότητες έχει αποδειχτεί ότι είναι πολύ καλά χρονόμετρα. Ο κρύσταλλος του χαλαζία είναι ένα υλικό που απαντάται στη φύση και μπορεί να υποστεί εύκολη επεξεργασία. Έχει πολύ σταθερές ηλεκτρικές και μηχανικές ιδιότητες και γι’ αυτό χρησιμοποιείται ως ταλαντωτής, δηλαδή διατηρεί συνεχείς ταλαντώσεις σε ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα χωρίς εξωτερική επίδραση.

    Τα ρολόγια χαλαζία προσφέρουν ακρίβεια συχνοτήτων Δν/ν<10^-9 ή ημερήσια ακρίβεια 10^-4s. Γνωρίζοντας τον αριθμό των ταλαντώσεων που πραγματοποιεί ένα ρολόι χαλαζία εντός ενός δευτερολέπτου, μπορούμε να ορίσουμε τη βασική μονάδα του χρόνου με μεγαλύτερη ακρίβεια.

    Για τη μέγιστη δυνατή ακρίβεια, το πρότυπο του χρόνου βασίστηκε αυτή τη φορά σε μία άλλη κβαντική σταθερά, δηλαδή στον αριθμό των ταλαντώσεων που πραγματοποιούν διεγερμένα άτομα Καισίου, όταν βρεθούν σε κατάλληλο χώρο. Ο επίσημος ορισμός του δευτερολέπτου σήμερα είναι ο εξής: «το Δευτερόλεπτο είναι η χρονική διάρκεια, όπου ένα ατομικό ρολόι Καισίου πραγματοποιεί 9192631770 ταλαντώσεις».

    Τα ατομικά ρολόγια είναι συσκευές που μετρούν τη χρονική διάρκεια περιοδικών φαινομένων με θεωρητική ακρίβεια Δν/ν<10^-11. Το κύριο χαρακτηριστικό ενός ατομικού χρονομέτρου είναι ότι δεν δίνει την ώρα αλλά το ρυθμό των δευτερολέπτων. Ο συγχρονισμός της ώρας διαδίδεται με την εκπομπή ραδιοσημάτων από ένα ρολόι αναφοράς που βρίσκεται υπό τον έλεγχο του Διεθνούς Γραφείου Ώρας.

    Ανά τον κόσμο βρίσκονται σε χρήση διάφοροι τύποι ατομικών ρολογιών, που λειτουργούν υπό την επίβλεψη εθνικών ή διεθνών μετρολογικών εργαστηρίων. Πολύ γνωστά μετρολογικά κέντρα είναι το National Institute of Standards and Technology (Boulder, Αμερική), το National Physics Laboratory (Teddington, Αγγλία) και το Physikalisch–Technische Bundesanstalt (Braunschweig, Γερμανία). Τα εργαστήρια αυτά διαθέτουν ως εθνικά πρότυπα ατομικά ρολόγια μέγιστης ακρίβειας. Ο φορέας προσδιορισμού του Εθνικού Χρόνου στην Ελλάδα είναι το Ελληνικό Ινστιτούτο Μετρολογίας.

    Η βασική μονάδα της φωτεινότητας
    Οι φωτομετρικές μονάδες παρουσιάζουν κάποια ιδιαιτερότητα στο μετρικό σύστημα. Το φως θεωρείται ΗΜ ακτινοβολία, της οποίας η ισχύς μετριέται σε Watt. Η φωτομετρία ασχολείται με την αλληλεπίδραση μίας φωτεινής ακτινοβολίας με το ανθρώπινο μάτι. Οι υποκειμενικές μετρήσεις δεν βασίζονται σε φυσικά φαινόμενα αλλά σε κριτήρια, που εξαρτώνται από τη φυσιολογία και μόνο του ανθρώπινου ματιού. Η εμπειρική φασματική καμπύλη ευαισθησίας του ανθρώπινου ματιού θεωρείται κριτήριο σύγκρισης φωτεινών πηγών για την περιοχή 380–780nm και είναι διεθνώς αποδεκτή.

    Η Καντέλα είναι η βασική μονάδα της φωτομετρίας και ο επίσημος ορισμός της είναι ο εξής: «η Candela είναι η φωτεινή ένταση προς μία ορισμένη κατεύθυνση της πηγής, που εκπέμπει μονοχρωματική ακτινοβολία συχνότητας 540 10^12Hz, όταν η ακτινοβολούμενη ένταση προς την κατεύθυνση αυτήν είναι 1/683W ανά στερακτίνιο».

    Η μονάδα αυτή μετρά την ενέργεια που εκπέμπει μία φωτεινή πηγή μέσα σε μία στερεά γωνία με κορυφή την ίδια την πηγή. Απ’ όλες τις βασικές μονάδες του μετρικού συστήματος SI, η Καντέλα προσδιορίζεται με τη μικρότερη ακρίβεια.