الكتلة و الثقل و الوزن .. ما الفرق بينها ؟
ما الفرق بين الكتلة ، الثقل ، الوزن ؟
لطالما سمعنا أو استخدمنا أو تتردد على أسماعنا كلمات الكتلة الثقل الوزن هل هي مصطلحات متماثلة أم مختلفة ؟
فإذا كانت مختلفة هل هنالك علاقة تربط بينها أم ماذا ؟
بالنسبة لعلم الفيزياء فإن الثقل والوزن كلمتان مترادفتان فلا فرق بين استخدامهما ..
أما المشكلة في كلمة الكتلة.. فالكتلة هي مقدار مختلف تماماً عن مفهوم الثقل ولكن ما هو مصدر الاختلاف ؟
لنتعرف في هذه المقالة على ذلك ..
لنقم بتجربة بسيطة لنفرض أنني حملت حقيبة فارغة ثم حاولت أن أرميها باتجاه زميلي هل أبذل جهداً كبيراً في تحريكها ؟ هل يبذل زميلي جهداً في إمساكها وإيقافها ؟
لنعد التجربة مرة أخرى ولكن نملأ الحقيبة بالكتب ونغلقها بإحكام ثم نرميها ويحاول زميلي إمساكها ماذا نلاحظ بالنسبة للجهد اللازم للتحريك والإيقاف ؟
في كلتا التجربتين سنلاحظ أن الحقيبة الفارغة كان تحريكها سهلاً وكذلك إيقافها ..ولكن عندما ملأناها بالكتب أصبح تحريكها أصعب وأيضا إيقافها أصعب .. ما الذي حصل حين أضفنا الكتب إلى الحقيبة ؟ حيث زدنا كمية المادة المتواجدة داخلها وبالتالي ازدادت كتلتها وبالتالي نقول إن عطالتها أو قصورها الذاتي قد ازداد وهذا هو المقصود بمفهوم الكتلة..
فنعرف فيزيائياً الكتلة بأنها مقدار يعبر عن القصور الذاتي أو العطالة و التي هي مسؤولة عن ممانعة تغيير سرعة الجسم و هذه الممانعة نابعة من محتوى الجسم ، وتعبر عن محتوى الجسم من المادة .
والتعريف القياسي الدقيق لها بأنها عدد حقيقي موجب يتناسب طرداً مع القصور الذاتي للجسم في الحركة الانسحابية . وتقدر وحده الكتلة في النظام الدولي للقياس بالكيلو جرام.
وهي مقدار سلمي "عددي" مطلق حقيقي موجب .
أما بالنسبة للثقل أو الوزن إذا حاولنا الصعود إلى الطابق الأعلى هل يكون الأمر سهلاً أم صعباً حين نرمي أي جسم فنلاحظ أنه سوف يتخذ مساراً منحنياً نحو الأسفل ما السبب في ذلك ؟
السبب في ذلك هو جاذبية الأرض.. فعموماً جاذبية الأرض تولد قوة نسميها وزن الجسم أو ثقل الجسم أي أن ثقل الجسم : هو قوة جذب الأرض لهذا الجسم .
عملياً إن قوة الثقل لا تنشأ فقط من جاذبية الأرض بل هي محصلة لقوة جاذبية الأرض نحو مركزها وأيضاً قوى تبعد الجسم عن مركز الأرض مثل القوة الناتجة عن دوران الأرض حول نفسها قوة العطالة النابذة " قوة القصور الذاتي النابذ أو الطرد المركزي " بالإضافة إلى قوى ناتجة عن جذب القمر والأجرام السماوية الأخرى ..ولكن بمحصلة عامة فإن جاذبية الأرض تشكل الجزء الأعظم من قوة الثقل وبالتالي فإن الثقل أو الوزن هو قوة جذب الأرض للأجسام القريبة منها مع التغاضي عن جذب الأجرام الأخرى و الطرد المركزي الناجم عن دورانها ، و الثقل هو أحد أشكال القوة وتقدر قيمته في النظام الدولي للوحدات بوحدة نيوتن ، و الثفل "الوزن" مقدار شعاعي أي متجه .
التغير و الثبات في الكتلة و الثقل ..
إن كتلة الجسم هي محتوى الجسم من المادة وفق وجهة نظر الفيزياء الكلاسيكية طالما الجسم لم يضف إليه أو ينقص منه فإن كتلته سوف تبقى ثابتة. لكن من وجهة نظر الفيزياء النسبية فإن كتله الجسم تزداد بازدياد سرعته ولكن عموماً وفق السرعات المحدودة القيمة للأجسام التي نستطيع أن نتابع حركتها ونراقبها فإننا نعتبر أن سرعة هذه الأجسام لا تستطيع أن تضيف كماً محسوساً من قيمه الكتلة ..وبالتالي فإنه في حاله السرعات الاعتيادية نستطيع اعتبار كتله الجسم ثابتة، لطالما لم يضف إليه أو ينقص من كمية المادة المتواجدة فيه .
أما بالنسبة لقوة الثقل قلنا إن قوة الثقل هي قوة جذب الأرض للجسم ولطالما أن سطح الأرض غير منتظم و أن شكلها يميل إلى التفلطح عند خط الاستواء فإن قوة الثقل تتغير من مكان إلى آخر .. وهذا التغير يعود إلى اختلاف بعد الجسم عن مركز الأرض وعن محور دوران الأرض فكلما زاد ابتعاد الجسم عن مركز الأرض أي ارتفاعه قلت قوة جذب الأرض له فيقل الثقل ،وكلما ازداد بعده عن محور دوران الأرض ازداد تأثير العطالة النابذة " القصور الذاتي النابذ أو الطرد المركزي " الناتج عن دوران الأرض حول محورها . وبالتالي يقل الثقل .
<><>
وعموما نصنف تغيرات الثقل إلى جانبين تغير ناتج عن الارتفاع وتغير ناتج عن خطوط العرض . فلو قارنا الثقل بين نقطتي أحدهما تقع على خط الاستواء وأخرى عند القطب سيكون الثقل عند القطب أكبر للسببين المذكورين أعلاه حيث إن القطب أقرب لمركز الأرض ومنطبق تماما على محور دوران الأرض بالتالي سيكون تأثير جذب الأرض أكبر أما عند خط الاستواء الأبعد عن مركز الأرض وعن محور الأرض فيكون تأثير الثقل أقل نوعا ما..
على سبيل المثال لو قسنا قيمة الثقل لجسم كتلته كيلوغرام واحد في أماكن مختلفة لكانت القيم المقاسة هي :
- قمة ايفرست أعلى نقطة على سطح الأرض 9.795 نيوتن
- البحر الميت أخفض نقطة على سطح الأرض 9.824 نيوتن
- خط الاستواء عند سطح البحر 9.793 نيوتن
- عند القطب الشمالي 9.831 نيوتن .
العلاقة بين الكتلة و الثقل"الوزن"
من البديهي أنه كلما زادت كتلة الجسم زاد ثقله فرفع الكتل الكبيرة صعب و خفضها سهل ..
و لكن للمكان دور في تحديد الثقل إ ذ تتغير الجاذبية من مكان لآخر و يعبر عن تأثير الجاذبية بمعامل الجاذبية أو تسارع الجاذبية الأرضية g و الذي تختلف قيمته من مكان لآخر و لكن وسطياً له القيمة 9.81 نيوتن/ كيلوغرام أو 9.81 متر/ثانية² .. و في الأمثلة السابقة ثقل الكيلوغرام يساوي عددياً تسارع الجاذبية .
فالعلاقة بين الكتلة و الثقل هي أن ثقل الجسمw = كتلة الجسم m× تسارع الجاذبية g
إرسال تعليق