الكتلة والوزن في الفيزياء، يتم استخدام مصطلحي “الكتلة” و “الوزن” بالتبادل في المحادثة العادية، لكن الكلمتين لا تعنيان نفس الشيء.
في حين أن الفرق بين الكتلة والوزن هو أن الكتلة هي كمية المادة في المادة والوزن هو مقياس لكيفية تأثير الجاذبية على تلك الكتلة.
في هذا المقال سوف نشرح كلاهما، مع ذكر الفرق بينهما وبين وحدات القياس لكل منهما، لذا ترقبوا موقع جديد اليوم للتعرف على الكتلة والوزن في الفيزياء.
حاجز
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 أي شيء آخر، في حين يمكن تعريف جميع الكميات الميكانيكية.
من حيث الكتلة والطول والوقت، الرمز الشائع للكتلة هو “m”، ووحدة النظام الدولي للوحدات هي الكيلوجرام.
بينما تعتبر الكتلة عمومًا خاصية ثابتة لجسم ما بسرعات تقترب من سرعة الضوء.
من الضروري أيضًا مراعاة الزيادة في الكتلة النسبية عندما يكون جسم كتلته 1 كجم على الأرض.
سيكون لها أيضًا كتلة 1 كجم على القمر، على الرغم من أنها تزن فقط سدس هذا الوزن.
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، يتم تطبيقه طوال الوقت، حتى لو كان الجسم لا يتسارع.
الوزن (W) يساوي القوة (F) عندما يكون الجسم في حالة سقوط حر بدون قوة غير الجاذبية.
قد تسأل، كما يفعل الكثيرون، “لماذا تتضاعف الكتلة عند التسارع في السقوط الحر بسبب الجاذبية عندما تكون الكتلة مثبتة على الطاولة؟”
تسمح لك قيمة “g” أيضًا بتحديد إجمالي قوة الجاذبية عندما تكون في حالة سقوط حر، وصافي قوة الجاذبية هذه هو الوزن.
طريقة أخرى هي التفكير في “g” كمقياس لقوة مجال الجاذبية في نيوتن / كجم في موقعك.
ويمكنك التفكير في 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، “الوزن الظاهري” أو “الوزن الفعال”.
يحدث هذا أيضًا لأنه مدعوم بالأرضية والكرسي وما إلى ذلك، وعندما يتم إزالة جميع الدعامات فجأة.
يبدأ الشخص في السقوط بحرية، وفجأة يشعر “بانعدام الوزن”.
وبالتالي، يشير انعدام الوزن إلى حالة السقوط الحر التي لا يوجد فيها دعم واضح.
يمكن أيضًا تحقيق انعدام الوزن بعدة طرق، تتضمن جميعها مبادئ فيزيائية مهمة.
يمكن وصف ذلك من خلال الرسم التالي، الذي يوضح الشعور “بانعدام الوزن” عند القيادة “فوق تل”.
يحدث انعدام الوزن عندما لا يكون هناك قوة داعمة على جسمك وعندما يكون جسمك في حالة “السقوط الحر” بشكل فعال.
إنه يتسارع إلى أسفل مع تسارع الجاذبية، وليس لديك أي دعم، والإحساس بالوزن الظاهر يأتي من الدعم الذي تشعر به من الأرضية ومن المقعد وما إلى ذلك.
على السربنتين أو على متن الطائرة، يمكن أن تحدث أحاسيس مختلفة للوزن الظاهري لأنها يمكن أن تتسارع صعودًا وهبوطًا.
إذا كنت تسير على مسار منحني في مستوى عمودي، إذا قمت بتمرير قمة في مثل هذا المسار.
لا بد أن يكون هناك تسارع هبوطي، وإذا أخذنا مثال الأفعوانية التي تتحرك على طول مسار، فسيتم استيفاء حالة انعدام الوزن.
إذا كان العجلة الهبوطية لمقعدك تساوي عجلة الجاذبية، علمًا أن مسار الأفعوانية جزء من دائرة.
لذلك يمكن أن تكون حالة انعدام الوزن مرتبطة بتسارع الجاذبية:
يحدث “انعدام الوزن” الذي يمكن أن تتعرض له في الطائرة عندما تتسارع الطائرة، وتنخفض بسرعة 1 جرام.
من الممكن تجربة انعدام الوزن لفترة طويلة من الوقت عن طريق قلب مقدمة السيارة لأعلى وتقليل القوة بحيث تتبع مسارًا باليستيًا.
المسار الباليستي هو النوع الطبيعي للمسار الذي تحصل عليه عند رمي حجر أو كرة بيسبول، متجاهلاً احتكاك الهواء.
نظرًا لأن التسارع هو “g” في كل نقطة من المسار، فقد تم إجراء العديد من الاختبارات بسبب نقص الدعم.
مع مسارات التدريب المدارية البالستية هذه، تشعر بانعدام الوزن في جميع الأوقات.
وحدة الكتلة والوزن
الكيلوجرام هو وحدة SI للكتلة وهو الوحدة القياسية للكتلة في كل مكان تقريبًا.
وحدة القوة والوزن في النظام الدولي للوحدات هي النيوتن.
حيث يبلغ وزن الكيلوجرام الواحد 9.8 نيوتن تحت الظروف القياسية على سطح الأرض.
ومع ذلك، في الوحدات الأمريكية الشائعة، فإن الجنيه هو وحدة قوة (وبالتالي الوزن).
الجنيه هو وحدة تجارية مستخدمة على نطاق واسع، واستخدام قوة الجنيه يحد من وحدة الكتلة إلى وحدة قياس كبيرة غير ملائمة تسمى “سبيكة”.
لذلك، لا يُنصح باستخدام هذه الوحدة، ويوصى بشدة باستخدام وحدات SI حصريًا لجميع الأعمال العلمية.
تابع أيضًا: العدد الذري للنحاس في الكتلة الذرية
الفرق بين الكتلة والوزن ومقارنتها
بالنسبة للجزء الأكبر، إذا قارنت الكتلة والوزن على الأرض بدون حركة! قيم الكتلة والوزن هي نفسها.
؛ ومع ذلك، إذا قمت بتغيير موضعك بالنسبة إلى الجاذبية، فستظل الكتلة كما هي، لكن الوزن لن يتغير.
على سبيل المثال، كتلة جسمك هي قيمة محددة، 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 زيادة أو انخفاض الجاذبية.
- لا يمكن أن تكون الكتلة صفراً، ويمكن أن يكون الوزن صفراً عندما لا تعمل الجاذبية على جسم ما، كما هو الحال في الفضاء.
- لا تختلف الكتلة باختلاف الموقع، والوزن لا يختلف مع الموقع.
- أيضًا، الكتلة هي كمية قياسية ولها حجم، في حين أن الوزن عبارة عن كمية متجهة، وله حجم ويتم توجيهه نحو مركز الأرض أو بئر جاذبية أخرى.
- يمكن قياس الكتلة بالمقاييس التقليدية والوزن بالمقاييس الزنبركية.
- تُقاس الكتلة عادةً بالجرام والكيلوجرام، بينما يُقاس الوزن عادةً بالنيوتن، وهي وحدة قوة.
كم يزن الشخص 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، كما هو الحال على الأرض، على الكتلة فقط.
على سبيل المثال، وزنك على قمة جبل أقل بقليل من مستوى سطح البحر.
يصبح التأثير أكثر دراماتيكية بالنسبة للأجسام الكبيرة مثل المشتري.
على الرغم من أن جاذبية المشتري تبلغ 316 مرة ضعف جاذبية الأرض بسبب كتلته، إلا أنه لن يزن 316 مرة.
نظرًا لأن “سطحه” (أو طبقة السحب، التي نسميها السطح) بعيد جدًا عن المركز، فإن الأجرام السماوية الأخرى لها قيم جاذبية مختلفة عن الأرض.
للحصول على وزنك، ببساطة اضربه في الرقم المناسب.
فمثلا
يزن الشخص الذي يزن 150 رطلاً 396 رطلاً على كوكب المشتري، أي 2.64 ضعف وزنه على الأرض.
انظر أيضًا: البحث الكامل عن الكتلة والوزن
نهاية المقال غالبًا ما يتم استخدام الكتلة والوزن في الفيزياء، الكتلة والوزن بالتبادل في المحادثات اليومية، على سبيل المثال، غالبًا ما تُظهر مخططاتنا الطبية وزننا بالكيلوجرام، ولكن ليس بالوحدات الصحيحة للنيوتن.