في مجال الفيزياء، يتم استخدام المصطلحين `الكتلة` و`الوزن` بالتبادل في المحادثات العادية، ولكن الكلمتين ليستا تعنيان نفس المعنى.
الاختلاف بين الكتلة والوزن يكمن في أن الكتلة هي كمية المادة في المادة، بينما الوزن هو مقياس لتأثير 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.
الكتلة
الكتلة الجسمية هي سمة أساسية للجسم، أو هي مقياس رقمي لكتلته الذاتية، أو مقياس أساسي لكمية المادة في الكائن.
عادة ما تكون تعريفات الكتلة دائرية لأنها كمية أساسية صعبة التحديد، من حيث أي شيء آخر، ويمكن تعريف جميع الكميات الميكانيكية.
من ناحية الكتلة والطول والزمن؛، الرمز المعتاد للكتلة هو “م” ووحدة النظام الدولي للوحدات المتعلقة بها هي الكيلوجرام.
على الرغم من أن الكتلة عادة ما تكون خاصية ثابتة لجسم ما، إلا أنها تتغير عند السرعات التي تقترب من سرعة الضوء.
يجب أيضا أن يأخذ الشخص في الاعتبار زيادة الكتلة النسبية، عندما يكون هناك جسم يزن 1 كيلوغرام على سطح الأرض.
لذلك سيكون له كتلة 1 كيلوغرام على القمر أيضا، على الرغم من أن وزنه يشكل فقط السدس من ذلك.
شاهد أيضًا: قوانين الفيزياء بالرموز
الوزن
يعرف وزن الجسم كقوة الجاذبية عليه، ويمكن حسابه بضرب الكتلة في تسارع الجاذبية، w = mg.
بالنسبة لجسم في حالة سقوط حر، حيث تكون الجاذبية القوة الوحيدة المؤثرة عليه، يتم التعبير عن الوزن وفقا لقانون نيوتن الثاني.
w = mg ينطبق في جميع الأحوال، حتى عندما يكون الجسم غير متسارع.
وبالتالي، إذا كان الجسم يسقط بحرية دون وجود قوى أخرى غير الجاذبية، فإن الوزن يكون مساويا للقوة.
من الممكن أن تسأل، كما يفعل الكثيرون، `لماذا يتضاعف تسارع السقوط الحر للجاذبية عندما تكون الكتلة ثابتة على الطاولة؟`
كما تسمح لك قيمة `جي` بتحديد صافي قوة الجاذبية، إذا كانت في حالة السقوط الحر، وصافي قوة الجاذبية تلك هي الوزن.
هناك طريقة أخرى لقياس قوة الجاذبية في موقعك وتتمثل في اعتبار قيمة “g” كمقياس لشدة المجال الجاذبي بالنيوتن/كيلوجرام.
ويمكنك استخدام الوزن كمؤشر للكتلة بالكيلوجرامات مضروبة في قوة الجاذبية، وهي 9.8 نيوتن / كجم، في ظل الظروف القياسية.
انعدام الوزن
في حين يتم حساب الوزن الفعلي للشخص بناء على كتلته وتسارع الجاذبية، يعتبر `الوزن المدرك` أو `الوزن الفعال`.
كما يعتمد ذلك على حقيقة أنه مدعوم بأرضية وكرسي وما إلى ذلك، وإذا تمت إزالة جميع وسائل الدعم فجأة.
ويبدأ الشخص في السقوط بحرية ويشعر فجأة بـ `فقدان الوزن`.
لذلك، فإن النقص في الوزن يشير إلى حالة سقوط حر حيث لا يوجد أي دعم يمكن تحسيسه.
يمكن أيضا تحقيق حالة العدم الوزن بعدة طرق تستند جميعها إلى مبادئ فيزيائية مهمة.
يمكن تصوير ذلك عن طريق الرسمة التالية، والتي توضح الشعور بعدم الوزن عندما تصعد فوق الحدبة.
يحدث ظاهرة `انعدام الوزن` عندما لا يوجد دعم للجسم، وعندما يكون جسمك في حالة سقوط حر بشكل فعال.
عندما يتسارع الجسم نحو الأسفل بسبب الجاذبية، فإنك لا تشعر بالدعم، تكون الوزنية واضحة من خلال الأرضية والمقعد وما إلى ذلك.
من الممكن أن تشعر بتغيرات وزنية واضحة على الأفعوانيات أو في الطائرة، لأنها يمكن أن تتسارع إما صعودا أو هبوطا.
إذا كنت تسير في مسار منحن عموديا، عند تجاوز القمة في مثل هذا المسار.
قد يحدث تسارع هبوطي بالضرورة، وعلى سبيل المثال، إذا اعتبرنا السفينة الدوارة المحدودة بمسار محدد، فسيتم تحقيق شرط عدم وجود الوزن.
عندما يكون التسارع الهابط لمقعدك متساويا لتسارع الجاذبية، وباعتبار أن مسار السفينة الدوارة يشكل جزءا من دائرة.
بحيث يمكن ربطها بالتسارع المركزي، فإن شرط انعدام الوزن هو:
يحدث “انعدام الوزن” الذي قد تشعر به في الطائرة في أي وقت تتسارع فيه الطائرة باتجاه الأسفل بتسارع 1 جرام.
من الممكن أن تجرب فترة طويلة من عدم وجود الوزن عن طريق قلب مقدمة المركبة لأعلى واستخدام القوة القاطعة، مما يتيح لها التحرك في مسار باليستي.
المسار الباليستي هو نوع شائع من المسارات التي يتم الحصول عليها عن طريق رمي حجر أو كرة البيسبول، مع تجاهل تأثير الهواء.
في كل نقطة على المسار، تكون العجلة تساوي “g” وتتجه نحو الأسفل بسبب عدم وجود دعم، وقد أجريت العديد من التجارب.
من خلال هذه المسارات الباليستية، يمكنك التدرب على المهام الفضائية والشعور بفقدان الوزن طوال الوقت.
وحدة قياس الكتلة والوزن
الكيلوغرام هو وحدة الكتلة في النظام الدولي للوحدات، وهو الوحدة القياسية المعتمدة عالميا تقريبا للكتلة.
وحدة القوة والوزن المصاحبة للنظام الدولي للوحدات هي النيوتن.
حيث يكون وزن كيلوغرام واحد تساوي 9.8 نيوتن في الظروف القياسية على سطح الأرض.
ومع ذلك، في الوحدات المشتركة الأمريكية، الباوند هو وحدة للقوة (وبالتالي الوزن).
والباوند هو وحدة معتمدة بشكل واسع في التجارة، واستخدام الباوند يؤدي إلى تحويل وحدة الكتلة إلى وحدة قياس كبيرة بشكل غير مناسب تسمى `سبيكة`.
لذا، لا ينصح باستخدام هذه الوحدة، ويشجع بقوة استخدام وحدات النظام الدولي حصريا لجميع الأعمال العلمية.
تابع أيضًا: العدد الذري للنحاس في الكتلة الذرية
الفرق بين الكتلة والوزن ومقارنة بينهما
بشكل عام، عند مقارنة الجسم بدون حركة، الكتلة والوزن هما نفسهما.
ومع ذلك، إذا قمت بتغيير مكانك فيما يتعلق بالجاذبية، فإن الكتلة ستظل ثابتة، ولكن الوزن لن يتغير بنفس الطريقة.
على سبيل المثال، كتلة جسمك هي قيمة ثابتة، ولكن وزنك يختلف عند القمر مقارنة بالأرض.
وإليكم بعض النقاط المهمة التي توضح الاختلاف بين الكتلة والوزن:
- الكتلة هي خاصية للمادة، وتكون الكتلة الجسمية ثابتة في كل مكان، أما الوزن فيعتمد على تأثير الجاذبية.
- كما يتغير الوزن مع زيادة أو انخفاض قوة الجاذبية.
- لا يمكن أن يكون الكتلة صفر، بينما يمكن أن يكون الوزن صفر، إذا لم يؤثر الجاذبية على جسم ما، كما هو الحال في الفضاء.
- الكتلة ثابتة بغض النظر عن الموقع، بينما الوزن يختلف بناء على الموقع.
- أيضا الكتلة هي كمية عددية، ولها حجم، بينما الوزن هو كمية متجهة، ولها حجم، وتوجه نحو مركز الأرض أو بئر جاذبية أخرى.
- يمكن قياس الكتلة باستخدام ميزان عادي، بينما يتم قياس الوزن باستخدام ميزان ذو نظام زنبركي.
- تقاس الكتلة عادة بوحدة الجرام والكيلوجرام، بينما يتم قياس الوزن عادة بوحدة النيوتن، وهي وحدة قوة.
كم يزن كتلة الشخص على الكواكب الأخرى؟
بينما لا يتغير كتلة الشخص في أي مكان آخر في النظام الشمسي، فإن التسارع يختلف بشكل كبير بسبب الجاذبية والوزن.
ولا يعتمد حساب الجاذبية على الأجسام الأخرى، بمثل ما هو معتاد على الأرض فحسب، وإنما على الكتلة أيضا.
على سبيل المثال، ستكون وزنك أخف قليلا عندما تكون في قمة الجبل مقارنة بوزنك على سطح البحر.
وتصبح التأثير أكثر تأثيرا على الأجسام الكبيرة، مثل كوكب المشتري.
بالرغم من أن كتلة المشتري تمارس جاذبية تفوق كتلة الأرض بنسبة 316 مرة، إلا أنها لن تكون أثقل بنفس النسبة.
نظرا لأن ارتفاع سطحه (أو ارتفاع سطح السحابة الذي نسميه السطح) يبعده كثيرا عن المركز، وتختلف الأجرام السماوية الأخرى في قوى الجاذبية عن تلك الموجودة على الأرض.
لكي تحصل على وزنك، قم ببساطة بضرب الرقم المناسب.
على سبيل المثال
يزن الشخص الذي يزن 150 رطلا 396 رطلا على كوكب المشتري، أو 2.64 مرة وزنه على الأرض.
تابع أيضًا: بحث عن الكتلة والوزن كامل
في نهاية مقال الكتلة والوزن في الفيزياء، غالبا ما يتم استخدام الكتلة والوزن تبادليا في المحادثات اليومية. على سبيل المثال، غالبا ما يتم تسجيل وزننا في سجلاتنا الطبية بالكيلوجرام، ولكن ليس بوحدات النيوتن الصحيحة أبدا.
