مالذي يعبر عن كمية المادة في الجسم ؟

مالذي يعبر عن كمية المادة في الجسم ؟، الكتلة هي مقدار فيزيائي، وتعرف على أنها مقدار ما يحويه الجسم من مادة، وهي تختلف عن الوزن في أنها لا تعتمد على قوة الجاذبية، أما الوزن فيعتمد على قوة الجاذبية ولذلك يتغير الوزن بتغير المكان. والكتلة أيضا مفهوم مركزي من الميكانيكا والمواضيع ذات العلاقة بها، تقاس بوحدات كالجرام والكيلوجرام. وهي إحدى خصائص المادة الثلاث. يرمز لها بالحرف ك أو m وهي مقدار ثابت لا يتغير في أي زمان ومكان. وقد تستخدم يوميا بمعنى الوزن دون الاهتمام بمعناها الفيزيائي، ولكن في الاستخدام العلمي فإنها تشير إلى خصائص مختلفة.

وحدات الكتلة

الوحدة الرسمية لقياس الكتلة هي الغرام. كمثال، غرام هي كتلة مشبك ورق، وكيلوغرام هي كتلة لتر من الماء. وقد تم عقد مؤتمر في عام 1960م لبحث وحدات القياس المختلفة وتوحيدها. وقد كان من النتائج أن يتم اعتماد وحدة النيوتن رسمياً لقياس الوزن (والتي كانت تستخدم سابقاً ولكن لم يكن هناك اتفاق كامل عليها) بينما يتم قياس الكتلة بوحدات الغرام، ويُرمز لهذه الوحدات الرسمية برمز "Si" (وبالرغم من اعتماد هذه الوحدات رسمياً في معظم الدول، فما زالت وحدات الغرام تستخدم أحياناً لقياس الوزن). وقد اعتمدت معظم الدول وحدات القياس الجديدة بعد ذلك، لكن ليس كلها. وحاليا وحدات القياس الرسمية هي:

• الطن = 1,000,000 غرام.
• الكيلوغرام = 1,000 غرام.
• الغرام = 1 غرام.
• الدِّسِغرام = 0.1 غرام.
• السنتيغرام = 0.01 غرام.
• الملليغرام = 0.001 غرام.

يُشار إلى كتلة جسم ما في الاستخدام الشائع على أنها وزنه، ولكن في الحقيقة فالكتلة والوزن مفهومان وكميتان مختلفان. في السياق العلمي، الكتلة هي مقدار المادة في الجسم (على الرغم من صعوبة تحديد ما هي المادة)، بينما الوزن هو القوة المطبقة على الجسم من قبل الجاذبية. بكلمات أخرى، يزن الجسم الذي كتلته 1 كيلوغرام 9,81 نيوتن على سطح الأرض، وهذا الرقم ناتج عن ضرب كتلة الجسم بقوة حقل الجاذبية. وزن الجسم على المريخ أقل إذ تكون الجاذبية أضعف، وأضعف على زحل وتكون صغيرة جدًا في الفضاء كلما ابتعدنا عن مصدر الجاذبية الرئيسي، ولكنه سيملك الكتلة ذاتها دائمًا.

تملك الاجسام على سطح الأرض وزنًا، على الرغم من صعوبة قياس هذا الوزن أحيانًا. على سبيل المثال، جسم صغير طافٍ على الماء قد يظهر أنه لا يمتلك وزنًا طالما أن الماء يجعله طافيًا، ولكن وُجد أنه يمتلك وزنه الاعتيادي عند إضافته إلى الماء في مستوعب يدعمه بالكامل، وله وزن على مقياس معين. لهذا، يحول الجسم عديم الوزن الطافي على سطح الماء وزنه إلى قاع المستوعب (حيث يزداد الضغط). بشكل مشابه، البالون الذي له كتلة ولكن يبدو أنه عديم الوزن وذلك بسبب الطفو في الهواء، ومع ذلك، يُحول وزن البالون والغاز بداخله بالكاد إلى مساحة كبيرة من سطح الأرض ما يجعل مهمة قياسه صعبةً. يوزع وزن الطائرة التي تطير في الجو إلى الأرض ولكنه لا يختفي. إذا كانت الطائرة في مرحلة الطيران، يوزع ذات الوزن الثقلي على سطح الأرض كما لو كانت الطائرة على المدرج، ولكنه ينتشر على مساحة أوسع.

لعل التعريف العلمي الأفضل للكتلة هو وصفها على أنها مؤلفة من القصور الذاتي، وهو مقاومة الجسم لمحاولة تسريعه عندما تؤثر عليه قوة خارجية. الوزن الجاذبي هو القوة الناشئة عن تأثير حقل الجاذبية على الكتلة وعندها لا يُسمح للجسم بالسقوط الحر  ولكن تدعمه أو تثبطه قوة ميكانيكية مثل سطح الكوكب، تؤلف مثل هذه القوة الوزن. يمكن إضافة هذه القوة من قبل أي قوة أخرى.

بينما يختلف وزن الجسم بالنسبة لقوة حقل الجاذبية، تبقى كتلته ثابتة، طالما لا تُضاف أي مادة أو طاقة إلى الجسم. على سبيل المثال، بالرغم من أن القمر الاصطناعي الموجود في المدار (خصوصًا في حالة السقوط الحر) عديم الوزن، يبقى محتفظًا بوزنه وقصوره الذاتي. وفقًا لذلك، وحتى في المدار، يتطلب من رائد الفضاء الذي يحاول تسريع القمر الصناعي في أي اتجاه تطبيق قوة لتسريع قمر اصطناعي كتلته 10 أطنان، عشرة أضعاف القوة اللازمة لقمر صناعي بكتلة طن واحد.

• السؤال: مالذي يعبر عن كمية المادة في الجسم ؟

• الإجابة: الكتلة