الكتلة والوزن في الفيزياء، يتم استخدام مصطلحي “الكتلة” و “الوزن” بالتبادل في المحادثة العادية، لكن الكلمتين ليسا نفس الشيء.
في حين أن الفرق بين الكتلة والوزن هو أن الكتلة هي كمية المادة في مادة ما، بينما الوزن هو مقياس لكيفية تأثير قوة الجاذبية على الكتلة.
في هذا المقال سوف نشرح كلاهما مع مناقشة الفرق بينهما وبين وحدات القياس لكل منهما، لذا تابع موقع محمود حسونة لتتعرف على الكتلة والوزن في الفيزياء.
الكتلة
كتلة الكائن هي خاصية أساسية لجسم ما، أو مقياسًا عدديًا لقصورها الذاتي، أو مقياسًا أساسيًا لكمية المادة في الجسم.
غالبًا ما تبدو تعريفات الكتلة دائرية لأنها كمية أساسية يصعب تحديدها، من حيث كائن آخر، ويمكن تعريف جميع الكميات الميكانيكية.
من حيث الكتلة والطول والوقت، فإن الرمز الشائع للكتلة هو “م” ووحدة النظام الدولي للوحدات الخاصة بها هي الكيلوجرام.
بينما تعتبر الكتلة عادةً خاصية غير قابلة للتغيير لجسم ما، عند سرعات تقترب من سرعة الضوء.
يجب على المرء أيضًا أن يأخذ في الاعتبار الزيادة في الكتلة النسبية، إذا كان وزن شيء ما 1 كجم على الأرض.
يزن 1 كجم بالإضافة إلى القمر، على الرغم من أنه لا يزن سوى سدس وزنه.
راجع أيضًا: قوانين الفيزياء مع الرموز
وزن
يُعرَّف وزن الجسم بأنه قوة الجاذبية على الجسم، ويمكن حسابه من خلال ضرب الكتلة في تسارع الجاذبية، w = mg.
بالنسبة لجسم في حالة سقوط حر، حيث تكون الجاذبية هي القوة الوحيدة المؤثرة عليه، فإن التعبير عن الوزن يتبع قانون نيوتن الثاني.
w = mg، يسري في جميع الأوقات، حتى لو كان الجسم لا يتحرك بسرعة.
الوزن (W) يساوي القوة (F)، عندما يكون الجسم في حالة سقوط حر بدون قوة غير الجاذبية.
قد تسأل، كما يفعل الكثيرون، “لماذا تضاعف الكتلة تسارع السقوط الحر بواسطة الجاذبية، عندما توضع الكتلة على الطاولة؟”
تسمح لك قيمة “g” أيضًا بتحديد صافي قوة الجاذبية، إذا كانت في حالة سقوط حر، وصافي قوة الجاذبية هو الوزن.
هناك طريقة أخرى وهي اعتبار “g” مقياسًا لقوة مجال الجاذبية في Newtons / kg في موقعك.
ويمكنك النظر إلى الوزن كمقياس للكتلة بالكيلوجرام مضروبًا في قوة مجال الجاذبية، 9.8 نيوتن / كجم، في ظل الظروف القياسية.
انعدام الوزن
بينما يتم تحديد الوزن الفعلي للشخص من خلال كتلته وتسارع الجاذبية، “الوزن المدرك” أو “الوزن الفعال”.
يأتي أيضًا من حقيقة أنه مدعوم بأرضية وكرسي وما إلى ذلك، وعندما يتم إزالة كل الدعم فجأة.
بدأ الرجل يسقط بحرية، وفجأة شعر “بانعدام الوزن”.
لذا يشير انعدام الوزن إلى حالة السقوط الحر حيث لا يوجد دعم مرئي.
يمكن أيضًا تحقيق انعدام الوزن بعدة طرق، وكلها تنطوي على مبادئ فيزيائية مهمة.
يمكن توضيح ذلك في الرسم البياني التالي، والذي يوضح الشعور “بانعدام الوزن” عندما تمشي “فوق الحدبة”.
يحدث انعدام الوزن عندما لا تكون هناك قوة تدعم جسمك، وعندما يكون جسمك في حالة “السقوط الحر” بشكل فعال.
إنه يتسارع إلى أسفل عندما تتسارع الجاذبية، ولا يتم دعمك، ويأتي الشعور بالوزن الظاهر من الدعم الذي تشعر به من الأرضية ومن الكرسي وما إلى ذلك.
يمكن أن تحدث أحاسيس مختلفة للوزن الظاهري في الثعابين أو في الطائرات، لأنها يمكن أن تتسارع لأعلى أو لأسفل.
إذا كنت تسير في مسار منحني في مستوى عمودي، إذا مررت فوق هذا المسار.
يجب أن يكون هناك تسارع هبوطي، وإذا أخذنا مثال الأفعوانية المقيدة لاتباع مسار، فإن حالة انعدام الوزن تكون مستوفاة.
إذا كان العجلة الهبوطية لمقعدك تساوي تسارع الجاذبية، فذلك لأن مسار الأفعوانية جزء من دائرة.
لكي يكون هذا متعلقًا بالتسارع المركزي، فإن شرط انعدام الوزن هو:
يحدث “انعدام الوزن” الذي يمكن أن تشعر به في الطائرة في أي وقت تتسارع فيه الطائرة بسرعة 1 جرام.
من الممكن تجربة انعدام الوزن لفترة طويلة، من خلال قلب مقدمة السيارة، والقطع بقوة، بحيث تنتقل في مسار باليستي.
المسار الباليستي هو أكثر أنواع المسارات شيوعًا التي يمكنك الحصول عليها، عن طريق رمي حجر أو كرة بيسبول، والذي يتجاهل احتكاك الهواء.
نظرًا لأن التسارع في كل نقطة على المسار يكون “g”، ولأسفل بسبب نقص الدعم، فقد تم إجراء العديد من الاختبارات.
مع هذه المسارات الباليستية للتدريب على المهمة المدارية، تشعر بانعدام الوزن طوال الوقت.
وحدة قياس للكتلة والوزن
الكيلوجرام هو وحدة الكتلة في النظام الدولي للوحدات، وهو تقريبًا وحدة الكتلة القياسية عالميًا.
وحدة القوة والوزن المرتبطة بالنظام الدولي للوحدات هي النيوتن.
حيث يبلغ وزن الكيلوجرام الواحد 9.8 نيوتن تحت الظروف القياسية على سطح الأرض.
ومع ذلك، في الوحدة الأمريكية، الجنيه هو وحدة القوة (وبالتالي الوزن).
الجنيه هو وحدة التجارة المستخدمة على نطاق واسع، واستخدام الجنيه يحد بشدة من وحدة الكتلة إلى وحدة قياس كبيرة غير ملائمة تسمى “السبيكة”.
لذلك، لا يوصى باستخدام هذه الوحدة، ويُشجع بشدة استخدام وحدات النظام الدولي فقط لجميع الأعمال العلمية.
تابع أيضًا: العدد الذري للنحاس في الكتلة الذرية
الفرق بين الكتلة والوزن ومقارنتها
على الأكثر، مقارنة بالكتلة، وزن الأرض بدون حركة! قيم الكتلة والوزن هي نفسها.
؛ ومع ذلك، إذا غيرت موقعك بالنسبة إلى الجاذبية، تظل الكتلة دون تغيير، لكن الوزن لا يتغير.
على سبيل المثال، وزن جسمك هو قيمة ثابتة، لكن وزنك يختلف على القمر مقارنة بالأرض.
فيما يلي بعض النقاط المهمة التي تشرح الفرق بين الكتلة والوزن:
- الكتلة هي خاصية للمادة، وكتلة الجسم هي نفسها في كل مكان، والوزن يعتمد على تأثير الجاذبية.
- يزيد الوزن أيضًا أو ينقص مع ارتفاع أو انخفاض الجاذبية.
- لا يمكن أن تكون الكتلة صفراً، بينما الوزن يمكن أن يكون صفراً، إذا لم تؤثر الجاذبية على شيء ما، مثل الفضاء.
- لا تتغير الكتلة باختلاف الموقع، بينما يختلف الوزن باختلاف الموقع.
- أيضًا، الكتلة هي كمية قياسية، ولها حجم، والوزن عبارة عن كمية متجهة، ولها حجم، ويتم توجيهها إلى مركز الأرض أو أي بئر جاذبية أخرى.
- يمكن قياس الكتلة بميزان منتظم بينما الوزن بميزان زنبركي.
- تُقاس الكتلة عادةً بالجرام والكيلوجرام، بينما يُقاس الوزن عادةً بالنيوتن، وهي وحدة قوة.
ما مقدار الكتلة التي يزنها الإنسان على الكواكب الأخرى؟
في حين أن كتلة الشخص لا تتغير في أي مكان في النظام الشمسي، فإن التسارع، بسبب الجاذبية والوزن، يختلف اختلافًا كبيرًا.
لا يعتمد حساب الجاذبية على الأجسام الأخرى، مثل الأرض، فقط على الكتلة.
على سبيل المثال، يكون وزنك أقل عند قمة جبل منه عند مستوى سطح البحر.
يصبح التأثير أكثر دراماتيكية بالنسبة للأجسام الضخمة، مثل كوكب المشتري.
في حين أن الجاذبية التي يمارسها المشتري ترجع إلى أن كتلته أكبر بمقدار 316 مرة من كتلة الأرض، إلا أنه لا يزن 316 مرة.
نظرًا لأن “القمة” (أو مستوى السحابة الذي نسميه السطح) بعيد جدًا عن المركز، فإن الأجرام السماوية الأخرى لها قيم جاذبية مختلفة عن الأرض.
للحصول على وزنك، اضرب ببساطة في الرقم المناسب.
مثال
يزن الشخص الذي يزن 150 رطلاً 396 رطلاً على كوكب المشتري، أو 2.64 ضعف وزنه على الأرض.
انظر أيضًا: إيجاد الكتلة والوزن المطلقين
في نهاية المقال، غالبًا ما يتم استخدام الكتلة والوزن في الفيزياء والكتلة والوزن بالتبادل في المحادثات اليومية، على سبيل المثال، تظهر سجلاتنا الطبية غالبًا وزننا بالكيلوجرام ولكن ليس بوحدات نيوتن الصحيحة.