ماذا يمكن استخدامه لقياس الكتلة؟ إنه سؤال متعدد الخيارات يتم طرحه في العديد من المناهج في مختلف دول العالم العربي، وهو سؤال يتطلب أحد أهم الدروس الأساسية للموضوع، بالكاد يعتقد معظم الناس أن هناك فرقًا بين “الوزن” و”الكتلة”، ولم يكن من الممكن أن يختبر الشخص العادي، حتى بشكل غير مباشر، ما يجب أن يعنيه، حتى بدأنا استكشاف المواد من حولنا والقياسات، وسنتعرف من خلال المقال التالي على ما يمكننا استخدامه لقياس الكتلة والفرق بين المفاهيم الاربعة الكتلة والحجم والوزن والكثافة، فتابعونا وكونوا معنا.
ما هي الكتلة
قبل تقديم أبسط مثال لأداة قياس الكتلة، من الضروري البدء بتعريف هذا المفهوم المادي، ككتلة، أو في اللغة الإنجليزية “الكتلة”، تعبر عن كمية المادة الموجودة في أي كائن، أي أنها مقاومة الكمية من الجسم إلى أي قوة تؤثر عليه، وبالتالي فإن الكتلة هي في الواقع قدرة الجسم على منع تغيير سرعته أو اتجاهه. وتجدر الإشارة إلى أن الكتلة يُرمز إليها بالحرف K أو الرمز اللاتيني “m”، ويتم التعبير عنها في النظام الدولي للوحدات بالكيلوجرام.
أي من الأدوات التالية يمكن استخدامها لقياس الكتلة؟
الإجابة على السؤال عن أي من الأدوات التالية يمكن استخدامها لقياس الكتلة هو مقياس راحة اليد المزدوج، ولعل أشهر مثال على هذا النوع من الميزان هو مقياس روبرفال، أو في اللغة الإنجليزية “ميزان روبرفال”، الذي سمي على اسم الفرنسية المخترع، وهو توازن كلاسيكي يعتمد على استخدام كتل محددة ومعروفة لقياس كتلة الأشياء، وتجدر الإشارة إلى أن مقدار الكتلة يقاس بالعديد من المقاييس الأخرى، على سبيل المثال، ثلاثة أذرع، و مقياس رقمي.
الفرق بين الكتلة والوزن والحجم والكثافة
بالكاد يعتقد معظم الناس أن هناك فرقًا بين “الوزن” و”الكتلة”، ولم يكن من الممكن أن يختبر الشخص العادي، حتى بشكل غير مباشر، ما يجب أن يعنيه، حتى بدأنا استكشاف الفضاء، بأن تكون “عديم الوزن”، حيث بعد حدوث ذلك ارتبك الجميع حول الفرق بين “الوزن” و”الكثافة”؟!
الكتلة (m)
هذا المفهوم أساسي جدًا، مثل الطول والوقت، من المستحيل حقًا تحديده، أطلق إسحاق نيوتن على الكتلة كمية المادة. ويمكننا أن نتحدث في كل مكان، ولكن علينا في النهاية أن نعترف بأن كلماتنا تفشل، يقول البعض أن الكتلة، هي مقدار المادة في شيء ما ويقول آخرون إن الكتلة هي مقياس القصور الذاتي للكائن، وبالإضافة إلى الارتباك، ترتبط الكتلة بقصور الجسم الذاتي، ولكنها أيضًا مرتبطة بمدى انجذاب الأشياء الصعبة إلى الأرض. لقد تم الخلط بين عقول أفضل من عقولنا حول معنى مفهوم “الكتلة” وحتى اليوم، تفكر عقول أفضل من عقولنا في معنى الكتلة حقًا. طريقتنا في التخلي عن المهمة المستحيلة لتحديد الكتلة، هي أن نقول: الكتلة هي قياس كمية “الأشياء” في شيء ما. وهذا التعريف محير بشكل صحيح، ويمكنك العمل على معنى “الأشياء”! في النظام المتري، وتُقاس الكتلة بالكيلوجرام والجرام، وستكون هذه هي الوحدات التي سنستخدمها غالبًا.
الوزن (w)
إذا تمكنت أخيرًا من قبول فكرة الكتلة، حتى لو لم نتمكن من تحديدها، فالوزن سهل: وزن الكتلة هو القوة. التي تسحبها الأرض على الكتلة؛ نأمل أن يكون لديك شعور بما تعنيه القوة. يمكن فهم فكرة الوزن بالكامل على أنها قوة الجاذبية على شيء ما، وعادةً ما نقضي معظم وقتنا على الأرض. لذا فإن وزننا هو القوة التي تجذبها الأرض علينا؛ لكن، إذا ابتعدنا عن الأرض، فإن القوة التي تسحبها الأرض علينا ستكون أقل، وبالتالي وزننا سيكون أقل. أما إذا كنت تعيش على كوكب المريخ، فمن المحتمل أن يتغير التعريف أعلاه إلى: “وزن الكتلة هو القوة التي يسحبها المريخ على الكتلة”. وترتبط فكرة الوزن برمتها بقوة الجاذبية، وسيكون من الصحيح القول، بغض النظر عن المكان الذي قد تكون فيه في الكون أن: “وزن الكتلة هو قوة الجاذبية على الكتلة”. في النظام المتري تُقاس القوة نيوتن، وبالتالي يُقاس الوزن أيضًا بنيوتن، وعلى سطح الأرض، تزن كتلة 1 كجم 9.8 نيوتن.
الحجم (v)
وهو مقدار المساحة ثلاثية الأبعاد المحاطة بسطح مغلق، على سبيل المثال، المساحة، التي تشغلها أو تحتوي عليها مادة (صلبة، أو سائلة، أو غازية، أو بلازما). وغالبًا ما يتم قياس الحجم عدديًا باستخدام الوحدة المشتقة من النظام الدولي للوحدات، المتر المكعب، ويُفهم عمومًا أن حجم الحاوية هو سعة الحاوية. أو هي كمية السائل (أو الغاز) التي يمكن أن تستوعبها الحاوية، بدلاً من مقدار المساحة، التي تزيحها الحاوية نفسها. يتم أيضًا تخصيص أحجام للأشكال الرياضية ثلاثية الأبعاد، ويمكن حساب أحجام بعض الأشكال البسيطة. مثل الأشكال العادية وذات الحواف المستقيمة، والدائرية، بسهولة باستخدام الصيغ الحسابية.
الكثافة (ρ)
هناك نوعان من الكثافة، “كثافة الوزن” و”كثافة الكتلة”، وسنستخدم كثافة الكتلة فقط، فعندما نقول: “كثافة”. فإننا نعني “كثافة الكتلة”؛ وكثافة الكتلة لكل حجم، الرصاص كثيف، والستايروفوم ليس كذلك، تم تصميم النظام المتري. بحيث تكون كثافة الماء جرامًا واحدًا، لكل سنتيمتر مكعب أو 1000 كجم لكل متر مكعب. والرصاص هو حوالي 10 أضعاف كثافة الماء، لذلك يغوص في الماء، بينما الستايروفوم هو حوالي عُشر كثافة الماء، لذلك فهو يطفو على سطحه. العلاقات الرياضية يمكن حساب كل من الكتلة والوزن والحجم والكثافة من خلال العلاقات التالية:
- يتم حساب الكتلة من العلاقة w/g = m، حيث “g” هي الجاذبية الأرضية، ووحدة القياس هي: الكيلوجرام.
- يتم حساب الوزن من العلاقة mg = w، حيث “g” هي الجاذبية الأرضية، ووحدة القياس هي: النيوتن.
- يتم حساب الحجم من العلاقة الحجم (v) = الطول × العرض × الارتفاع & m/ρ = v، ووحدة القياس هي: المتر المكعب.
- يتم حساب الكثافة من العلاقة m/v = ρ، ووحدة القياس هي: الكيلوجرام/متر مكعب.
أي من الأدوات التالية يمكن استخدامها لقياس الكتلة؟ سؤال يتطلب التأكيد على الفرق بين الكتلة والوزن، حيث يستخدم الكثير من الناس مصطلح الكتلة بشكل غير دقيق للتعبير عن الوزن أو الوزن، في حين أن تعريفه العلمي والفيزيائي مختلف تمامًا من حيث المعنى والوحدة والخصائص.