การทดลอง การตรวจสอบ หรือการศึกษาสิ่งต่าง ๆ ทางวิทยาศาสตร์ โดยส่วนใหญ่ต้องพึ่งพาเครื่องมือหรืออุปกรณ์เข้ามาช่วยในการวัด เครื่องมือวัดทางวิทยาศาสตร์บางอย่างก็ไม่ใช่เครื่องมือที่เราคุ้นเคย แต่กลับมีประโยชน์มากกว่าที่คาดคิด เราลองมาทำความรู้จักกับเครื่องมือวัดทางวิทยาศาสตร์แบบพื้นฐานกันเถอะ

1. เทอร์มอมิเตอร์  (Thermometer)

เทอร์มอมิเตอร์เป็นเครื่องมือที่ใช้ในการวัดอุณหภูมิ โดยสามารถวัดได้ทั้งอุณหภูมิของแข็ง เช่น อาหาร ของเหลว เช่น น้ำ หรือก๊าซ เช่น อากาศ หน่วยของอุณหภูมิที่ใช้กันโดยทั่วได้ ได้แก่ องศาเซลเซียส องศาฟาห์เรนไฮต์ และเคลวิน

เทอร์มอมิเตอร์ชนิดที่ใช้กันอยู่ทั่วไป คือ เทอร์มอมิเตอร์ชนิดที่มีของเหลวบรรจุอยู่ในหลอดแก้วปลายปิด ของเหลวภายในอาจเป็นเอทานอลหรือเคโรซีน (น้ำมันก๊าด) แต่ส่วนใหญ่จะใช้ปรอทบรรจุไว้ภายใน เมื่อของเหลวภายในหลอดแก้วได้รับความร้อนจะเกิดการขยายตัวจากกระเปาะขึ้นไปตามหลอดแก้ว และเมื่ออุณหภูมิรอบนอกลดลง ของเหลวก็จะหดตัวและลดระดับลงตามลำดับ

อย่างไรก็ตาม การใช้เทอร์มอมิเตอร์แบบบรรจุปรอทก็มีข้อจำกัดอยู่บ้าง เนื่องจากปรอทมีจุดเยือกแข็งอยู่ที่ -38.83 องศาเซลเซียส ดังนั้น เทอร์มอมิเตอร์ที่ชนิดบรรจุปรอทไว้ภายในหลอดแล้วจึงไม่สามารถจะวัดอุณหภูมิที่ต่ำกว่านี้ได้

2. ไฮโกรมิเตอร์ (Hygrometer) และไซโครมิเตอร์ (Psychrometer)

ไฮโกรมิเตอร์ (Hygrometer) เป็นเครื่องมือที่ใช้ในการวัดค่าความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศ ไฮโกรมิเตอร์แบบที่เรียบง่ายที่สุดคือ ไฮโกรมิเตอร์แบบเส้นผม ซึ่งจะมีการบรรจุเส้นผมของมนุษย์ไว้ภายใน ทำงานภายใต้หลักการที่ว่า เมื่อมีความชื้น เส้นผมจะยืดยาวออก และเมื่ออากาศแห้ง เส้นผมจะหดตัว ซึ่งการยืดหดของเส้นผมนี้เอง ทำให้เกิดการขยับของเข็มบนหน้าปัดเพื่อบอกค่าความชื้นในขณะนั้น

ส่วนไซโครมิเตอร์ เป็นไฮโกรมิเตอร์ชนิดหนึ่ง ใช้สำหรับวัดค่าความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศเช่นกัน โดยมีเทอร์มอมิเตอร์สองอัน อันหนึ่งเป็นกระเปาะเปียก ซึ่งจะมีผ้าเปียกหุ้มอยู่ที่ปลายกระเปาะใช้วัดความชื้น ส่วนอีกอันเป็นกระเปาะแห้งใช้วัดอุณหภูมิ

สำหรับหลักการทำงานของไซโครมิเตอร์ จะใช้หลักการระเหยของน้ำ หากอากาศแห้ง จะดูดซับความชื้นจากกระเปาะเปียกได้มาก น้ำระเหยออกได้มาก อุณหภูมิกระเปาะเปียกจะลดลง แต่หากอากาศมีความชื้นสูง น้ำไม่สามารถระเหยออกไปได้ อุณหภูมิกระเปาะเปียกจะไม่เปลี่ยนแปลง หรืออาจกล่าวได้ว่า หากการเเปลี่นแปลงของอุณหภูมิในกระเปาะเปียกมีน้อย แสดงว่าความชื้นในอากาศมีมากนั่นเอง ซึ่งค่าความชื้นสัมพัทธ์สามารถทราบได้จากการเปรียบเทียบความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิจากเครื่องวัดทั้งสองในตารางความความชื้น

3. ไฮโดรมิเตอร์ (Hydrometer)

เป็นเครื่องมือวัดค่าความถ่วงจำเพาะของของเหลว ซึ่งก็คือ อัตราส่วนระหว่างความหนาแน่นของสสารหนึ่งต่อความหนาแน่นของน้ำ มีหลายชนิด แต่ที่ใช้กันทั่วไปเป็นลักษณะของหลอดแก้วปลายปิด และปลายด้านหนึ่งเป็นกระเปาะบรรจุปรอทหรือตะกั่วสำหรับถ่วงน้ำหนักเอาไว้ เมื่อจะใช้ให้นำของเหลวที่ต้องการวัดค่าความถ่วงจำเพาะใส่ในกระบอกตวง จากนั้นหย่อนไฮโดรมิเตอร์ลงในกระบอกตวงช้า ๆ พร้อมกับหมุนเบา ๆ จากนั้นจึงปล่อยมือ รอจนไฮโดรมิเตอร์นิ่งแล้วจึงอ่านค่าจากสเกลด้านข้าง

หลักการทำงานของไฮโดรมิเตอร์นั้นอยู่บนพื้นฐานหลักการของอาร์คิมีดีส ที่กล่าวว่าวัตถุที่ลอยอยู่ในของเหลว จะมีแรงพยุงเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่ถูกวัตถุนั้นแทนที่ หรือก็คือ ของเหลวที่มีความหนาแน่นต่ำกว่า ไฮโดรมิเตอร์จะจมอยู่ในระดับที่ต่ำกว่าของเหลวที่มีความหนาแน่นสูง

4. บารอมิเตอร์ (Barometer)

เป็นเครื่องมือวัดความดันอากาศ ซึ่งเป็นตัวชี้วัดสภาพอากาศ การเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ และการเปลี่ยนแปลงในบรรยากาศ นักอุตุนิยมวิทยาจะใช้บารอมิเตอร์นี้่ช่วยในการทำนายการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศในระยะสั้น ๆ โดยหากมีการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของความดันอากาศ จะผลักดันให้เมฆและฝนไปบริเวณอื่น ๆ ทำให้อากาศบริเวณที่มีความดันอากาศสูงมีลักษณะแห้งและเย็น ท้องฟ้าสดใส

5. แอนิโมมิเตอร์ (Anemometer)

เป็นเครื่องมือตรวจสอบความเร็วของลม ซึ่งมีลักษณะเป็นทรงถ้วยหรือครึ่งทรงกลม จำนวน 3-4 ลูก ติดอยู่กับแกนในแนวนอน เมื่อลมเคลื่อนมากระทบกับถ้วย จะทำให้ถ้วยหมุน หากลมแรงถ้วยก็จะหมุนเร็วขึ้น แอนิโมมิเตอร์จะนับจำนวนรอบการหมุนนั้นและนำมาคำนวณหาความเร็วลมในลักษณะของความเร็วลมเฉลี่ยแต่ละช่วงเวลาสั้น ๆ เนื่องจากความเร็วลมแต่ละช่วงจะไม่สม่ำเสมอ บางครั้งอาจมีลมกรรโชกแรงหรือบางครั้งลมสงบ

กังหันก็นับเป็นแอนิโมมิเตอร์อีกชนิดหนึ่งที่มีการทำงานคล้ายกัน เพียงแต่เปลี่ยนลักษณะการหมุนจากแนวนอนเป็นแนวตั้ง ส่วนศรลม (Wind arrow) ก็เป็นเครื่องมือเกี่ยวกับลมเช่นกัน แต่ศรลมใช้ตรวจสอบทิศทางของลมเท่านั้น ไม่สามารถวัดความเร็วลมได้ อย่างไรก็ตามเครื่องมือเหล่านี้ล้วนสำคัญต่อนักอุตุนิยมวิทยา เนื่องจากสามารถนำไปใช้ในการศึกษารูปแบบของสภาพอากาศได้

บทความที่เกี่ยวข้อง
- หน่วยและการแปลงหน่วยอุณหภูมิ
- ความหนาแน่น (Density) คืออะไร