الكتلة والوزن في الفيزياء
الكتلة والوزن في الفيزياء، يتم استخدام المصطلحين “الكتلة” و”الوزن” بالتبادل في المحادثة العادية، لكن الكلمتين لا تعنيان نفس الشيء.
حيث أن الفرق بين الكتلة والوزن هو أن الكتلة هي كمية المادة في مادة، بينما الوزن هو مقياس لكيفية تأثير قوة الجاذبية على تلك الكتلة.
وفي هذا المقال سنقوم بتوضيح كلاً منهما، ذاكرين الفرق بينهما ووحدات قياس كلاً منهما، لذا، تابعوا موقع مقال للتعرف على الكتلة والوزن في الفيزياء.
محتويات المقال
الكتلة
كتلة الجسم هي خاصية أساسية له، أو أنها عبارة عن مقياس عددي لقصورها الذاتي، أو مقياس أساسي لمقدار المادة في الكائن.
غالبًا ما تبدو تعريفات الكتلة دائرية لأنها كمية أساسية يصعب تحديدها، من حيث شيء آخر، ويمكن تعريف جميع الكميات الميكانيكية.
من حيث الكتلة والطول والوقت؛، الرمز المعتاد للكتلة هو “m” ووحدة النظام الدولي للوحدات الخاصة بها هي الكيلوجرام.
وفي حين أن الكتلة تعتبر عادًة خاصية غير متغيرة لجسم ما، عند السرعات، التي تقترب من سرعة الضوء.
كما يجب على المرء أن يأخذ في الاعتبار الزيادة في الكتلة النسبية، إذا كان هناك جسمًا ما كتلته 1 كجم على الأرض.
فسيكون له كتلة 1 كجم على القمر أيضًا، على الرغم من أنه يزن فقط سدس هذا الوزن.
شاهد أيضًا: قوانين الفيزياء بالرموز
الوزن
يُعرَّف وزن الجسم بأنه قوة الجاذبية على الجسم، ويمكن حسابه بالكتلة مضروبة في تسارع الجاذبية، w = mg.
بالنسبة لجسم في حالة سقوط حر، بحيث تكون الجاذبية هي القوة الوحيدة المؤثرة عليه، فإن التعبير عن الوزن يتبع قانون نيوتن الثاني.
w = mg، ينطبق في جميع الأوقات، حتى عندما يكون الجسم غير متسارع.
كما أن الوزن (W) يساوي القوة (F)، إذا كان الجسم في حالة سقوط حر مع عدم وجود قوة أخرى غير الجاذبية.
قد تسأل، كما يفعل الكثيرون، “لماذا تضاعف الكتلة في تسارع السقوط الحر للجاذبية، عندما تكون الكتلة ثابتة على المنضدة؟
كما تسمح لك قيمة “g” بتحديد صافي قوة الجاذبية، إذا كانت في حالة السقوط الحر، وصافي قوة الجاذبية تلك هي الوزن.
هناك طريقة أخرى تتمثل في اعتبار “g” مقياسًا لشدة مجال الجاذبية في نيوتن / كجم في موقعك.
ويمكنك عرض الوزن كمقياس للكتلة بالكيلوجرام مضروبًا في شدة مجال الجاذبية، 9.8 نيوتن / كجم، في ظل الظروف القياسية.
انعدام الوزن
بينما يتم تحديد الوزن الفعلي للشخص من خلال كتلته وتسارع الجاذبية، فإن “الوزن المدرك” أو “الوزن الفعال”.
أيضًا يأتي من حقيقة أنه مدعوم بأرضية وكرسي، وما إلى ذلك، وإذا تم إزالة كل وسائل الدعم فجأة.
ويبدأ الشخص في السقوط بحرية، ويشعر فجأة “بانعدام الوزن”.
لذا يشير انعدام الوزن إلى حالة السقوط الحر التي لا يوجد فيها أي دعم محسوس.
كذلك يمكن تحقيق حالة انعدام الوزن بعدة طرق، تتضمن جميعها مبادئ فيزيائية مهمة.
ويمكن وصف ذلك من خلال الرسمة التالية، والتي توضح الشعور “بانعدام الوزن” عندما تذهب “فوق الحدبة”.
تحدث ظاهرة “انعدام الوزن” عندما لا تكون هناك قوة دعم على جسمك، وعندما يكون جسمك في حالة “السقوط الحر” بشكل فعال.
يتسارع إلى أسفل عند تسارع الجاذبية، فأنت لا تكون مدعومًا، يأتي الإحساس بالوزن الظاهر من الدعم، الذي تشعر به من الأرضية، ومن المقعد وما إلى ذلك.
يمكن أن تحدث أحاسيس مختلفة بالوزن الظاهري على الأفعوانين أو في الطائرة، لأنها يمكن أن تتسارع إما لأعلى أو لأسفل.
إذا كنت تسير في مسار منحني في مستوى عمودي، فعندما تتجاوز القمة في مثل هذا المسار.
كما يكون هناك بالضرورة تسارع هبوطي، وإذا أخذنا مثال السفينة الدوارة المقيدة باتباع مسار، فسيتم استيفاء شرط انعدام الوزن.
فعندما يكون التسارع الهابط لمقعدك مساويًا لتسارع الجاذبية، وبالنظر إلى أن مسار السفينة الدوارة هو جزء من دائرة.
بحيث يمكن ربطها بالتسارع المركزي، فإن شرط انعدام الوزن هو:
ويحدث “انعدام الوزن” الذي قد تشعر به في الطائرة في أي وقت تتسارع فيه الطائرة، للأسفل مع تسارع 1 جرام.
ومن الممكن تجربة انعدام الوزن لفترة طويلة من الوقت، عن طريق قلب مقدمة المركبة، لأعلى وقوة القطع، بحيث تنتقل في مسار باليستي.
والمسار الباليستي هو النوع الشائع من المسار الذي تحصل عليه، عن طريق رمي حجر أو كرة بيسبول، مع إهمال احتكاك الهواء.
حيث أنه في كل نقطة على المسار، العجلة تساوي “g”، لأسفل نظرًا لعدم وجود دعم، وتم إجراء قدر كبير من التجارب.
مع مثل هذه المسارات الباليستية للتدرب على المهام المدارية، حيث تشعر بانعدام الوزن طوال الوقت.
وحدة قياس الكتلة والوزن
الكيلوغرام هو وحدة الكتلة في النظام الدولي للوحدات، وهو وحدة الكتلة القياسية المستخدمة عالميًا تقريبًا.
أما وحدة القوة والوزن المصاحبة للنظام الدولي للوحدات هي نيوتن.
حيث يبلغ وزن كيلوغرام واحد 9.8 نيوتن في ظل الظروف القياسية على سطح الأرض.
ومع ذلك، في الوحدات المشتركة الأمريكية، الباوند هو وحدة القوة (وبالتالي الوزن).
والباوند هو الوحدة المستخدمة على نطاق واسع للتجارة، ويؤدي استخدام قوة الباوند إلى تقييد وحدة الكتلة إلى وحدة قياس كبيرة، بشكل غير ملائم تسمى “سبيكة”.
لذا، لا يُنصح باستخدام هذه الوحدة، ويُشجع بشدة استخدام وحدات النظام الدولي حصريًا، لجميع الأعمال العلمية.
تابع أيضًا: العدد الذري للنحاس في الكتلة الذرية
الفرق بين الكتلة والوزن ومقارنة بينهما
بالنسبة للجزء الأكبر، عند مقارنة الكتلة، والوزن على الأرض بدون حركة! فإن قيم الكتلة، والوزن هي نفسها.
؛ ولكن، إذا قمت بتغيير موقعك فيما يتعلق بالجاذبية، فستبقى الكتلة دون تغيير، لكن الوزن ليس كذلك.
على سبيل المثال، كتلة جسمك هي قيمة محددة، لكن وزنك يختلف على القمر مقارنة بالأرض.
وإليكم بعض النقاط الهامة، التي توضح الفرق بين الكتلة والوزن:
- الكتلة هي خاصية للمادة، وكتلة الجسم هي نفسها في كل مكان، أما الوزن يعتمد على تأثير الجاذبية.
- كما يزيد الوزن أو ينقص مع ارتفاع أو انخفاض الجاذبية.
- لا يمكن أن تكون الكتلة صفرًا، بينما يمكن أن يكون الوزن صفراً، إذا لم تؤثر الجاذبية على جسم ما، كما هو الحال في الفضاء.
- الكتلة لا تتغير حسب الموقع، بينما يختلف الوزن حسب الموقع.
- أيضًا الكتلة هي كمية عددية، ولها حجم، أما الوزن كمية متجهة، وله حجم، وموجه نحو مركز الأرض أو بئر جاذبية أخرى.
- يمكن قياس الكتلة باستخدام ميزان عادي، بينما يقاس الوزن، باستخدام ميزان زنبركي.
- تقاس الكتلة عادًة بالجرام والكيلوجرام، بينما عادًة ما يُقاس الوزن بوحدة نيوتن، وهي وحدة قوة.
كم يزن كتلة الشخص على الكواكب الأخرى؟
في حين أن كتلة الشخص لا تتغير في أي مكان آخر في النظام الشمسي، فإن التسارع، بسبب الجاذبية والوزن يختلف بشكل كبير.
ولا يعتمد حساب الجاذبية على الأجسام الأخرى، كما هو الحال على الأرض فقط على الكتلة.
على سبيل المثال، يكون وزنك أقل قليلاً على قمة جبل منه على مستوى سطح البحر.
ويصبح التأثير أكثر دراماتيكية بالنسبة للأجسام الكبيرة، مثل كوكب المشتري.
وفي حين أن الجاذبية التي يمارسها المشتري بسبب كتلته أكبر بـ 316 مرة من كتلة الأرض، فلن تزن 316 مرة.
لأن “سطحه” (أو مستوى السحابة الذي نسميه السطح) بعيد جدًا عن المركز، والأجرام السماوية الأخرى لها قيم جاذبية مختلفة عن الأرض.
وللحصول على وزنك، اضرب ببساطة في الرقم المناسب.
على سبيل المثال
يزن الشخص الذي يزن 150 رطلاً 396 رطلاً على كوكب المشتري، أو 2.64 ضعف وزنه على الأرض.
تابع أيضًا: بحث عن الكتلة والوزن كامل
في نهاية مقال الكتلة والوزن في الفيزياء، غالبًا ما يتم استخدام الكتلة والوزن بالتبادل في المحادثة اليومية، على سبيل المثال، غالبًا ما تُظهر سجلاتنا الطبية وزننا بالكيلوجرام ولكن ليس بالوحدات الصحيحة نيوتن أبدًا.