1. ورنیه چیست؟

ورنیه [به انگلیسی: Vernier scale] مقیاس ثانویه‌ای است که به صورت موازی در کنار مقیاس اصلی برخی لوازم اندازه‌گیری مانند کولیس تنظیم می‌شود تا دقت بالاتری ارائه دهد. نحوه عملکرد آن بصورت تقسیم هر بخش در مقیاس اصلی به چند بخش کوچک‌تر است.

ورنیه در ابزارهای اندازه‌گیری مختلف مانند کولیس، میکرومتر، نقاله و ارتفاع‌سنج استفاده می‌شود. مقیاس ثانویه در کولیس‌های ساده یافت می‌شود. در حالی که در مورد میکرومتر، تنها در برخی میکرومترهای مکانیکی برای افزایش دقت خوانش مقیاس انگشتانه وجود دارد. وجود این مقیاس نشانه دقت بالای ابزار اندازه‌گیری است. از این رو، هنگام خرید یک کولیس یا میکرومتر جدید، وجود آن باید یکی از مواردی باشد که در نظر بگیرید.

ورنیه هم در مقیاس خطی و هم در مقیاس دایره‌ای کاربرد دارد. مقیاس خطی را می‌توان در کولیس‌ها و میکرومترها و مقیاس دایره‌ای را در ابزارهایی مانند تئودولیت یافت. پیر ورنیه (1580-1637)، ریاضیدان و مخترع فرانسوی است که برای اولین بار این مقیاس را در سال 1631 ابداع کرد. اما اصطلاح ورنیه توسط ستاره شناس فرانسوی، ژروم لالان (1732-1807) رایج شد.

مکانیزم کار ورنیه بسیار تاثیرگذار است. این مکانیزم این مقیاس اندازه‌گیری به شما این امکان را می‌دهد تا مشکل اندازه‌گیری را در جاهایی که دقت کمتر از 1 میلی‌متر مهم است ولی امکان چاپ و خوانش علائم مربوط به آن مشکل است را به راحتی حل کنید.

1.1. مقیاس ورنیه چگونه کار می‌کند؟

وقتی چیزی را اندازه نمی‌گیرید، مقدار عدد 0 روی مقیاس ثانویه و مقیاس اصلی کاملاً تراز هستند. سپس، هنگامی که مقیاس ثانویه به کمک انگشتانه می‌لغزد، می‌بینید که علامت دوم بعد از مقدار 0 در آن با یک علامت در مقیاس اصلی تراز می‌شود. سپس نوبت سومین علامت است که با یک علامت در مقیاس اصلی همسو شود.

با دقت به این مقیاس‌ها نگاه کنید، علامت 0 در مقیاس ثانویه مقدار بسیار کمی به سمت یک تقسیم در مقیاس اصلی حرکت می کند. از سوی دیگر، علامت‌های تراز شده به طور متناوب به سمت راست بعدی حرکت می‌کنند. هر بار که علامت تراز به سمت راست تنظیم شود، برابر با وضوح یا کمترین تعداد مقدار مقیاس ثانویه است.

2.1. ثابت ورنیه چیست؟

ثابت ورنیه کوچکترین افزایشی است که این مقیاس ارائه می‌دهد. مقدار این ثابت با کم کردن یک تقسیم مقیاس اصلی بر یک تقسیم مقیاس ثانویه به دست می آید.

ثابت ورنیه (LC) = تقسیمات بخش مقیاس اصلی (MSD) – تقسیمات بخش مقیاس ثانویه (VSD)

به عنوان مثال، یک تقسیم در مقیاس اصلی 1 میلی‌متر و یک تقسیم در مقیاس ثانویه 0.9 میلی‌متر است. بنابراین، ثابت ورنیه 0.1 میلی‌متر خواهد بود.

3.1. طراحی مقیاس ورنیه

قصد داریم یک ورنیه با دقت 0.1 میلی‌متر بسازیم. فرض می‌کنیم 10 بخش در مقیاس اصلی موجود است و فاصله آن 10 تقسیم بر 1 سانتی‌متر است. فرض کنید می‌خواهیم مقیاس ثانویه یه نیز 10 تقسیم‌بندی داشته باشد. فاصله ورنیه آن 10 بخش چقدر باید باشد؟

حداقل تعداد (LC) = 1 بخش مقیاس اصلی (MSD) – 1 بخش مقیاس ثانویه (VSD)

0.01 سانتی‌متر = (1 سانتی‌متر/10 تقسیم) – ( x /10 تقسیم)

x = 0.9 cm

همانطور که پاسخ نشان می‌دهد، ما به یک ورنیه نیاز داریم که دارای فاصله 0.9 سانتی‌متری با 10 تقسیم بر روی آن باشد که در آن طول هر تقسیم 0.09 سانتی‌متر (0.9 میلی‌متر) است.

با افزودن 3.00 میلی‌متر (علامت قرمز سمت چپ) در مقیاس اصلی ثابت به مقدار ورنیه 0.58 میلی‌متر (علامت قرمز سمت راست)، کولیس مقدار 3.58 ± 0.02 میلی‌متر را نشان می‌دهد. قرائت مقیاس اصلی در سمت چپ صفر در ورنیه است. قرائت ورنیه با قرار دادن بهترین خطوط تراز بین دو مقیاس بدست می‌آید. همچنین، حکاکی 0.02 میلی‌متری خوانایی کولیس را نشان می‌دهد و “ثابت ورنیه” برای این مقیاس است.