الفرق بين الكتلة والوزن
تشير الكتلة إلى كمية المادة، وكلما ازداد عدد جزيئات المادة أو عدد ذراتها ازدادت كتلتها.
ويُمكن تعريف الكتلة بناء على استجابتها عند التأثير عليها بقوة معينة بحسب قانون نيوتن الثاني للحركة عند التأثير بقوة معينة على كتلة ما تتسارع.
وكلما كانت الكتلة كبيرة كان تسارعها أقل، وكلما كانت الكتلة قليلة كانت تسارعها أكبر.
لذا يمكن تعريف الكتلة بمقدار تسارعها عند التأثير عليها بقوة.
أما الوزن؛ فهو مقدار قوة الجاذبية التي تؤثر على جسم ما.. ما معنى هذا؟
مثال توضيحي على الفرق بين الكتلة والوزن
على سبيل المثال؛ إذا كانت كتلة سمير 70 كيلو جرام، هذا يعني أن جسم سمير فيه 70 كيلو جرام من المادة. لكن وزنه لا يساوي 70 كيلو جرام كما اعتاد الناس أن يصفوا أوزانهم.
ووزن سمير يساوي مقدار جذب قوة الجاذبية لكتلة سمير. أي أن وزنه يساوي القوة التي يؤثر بها مجال الجاذبية الأرضية. حسب قانون الجذب العام قوة الجاذبية بين جسمين F تساوي ثابت الجذب العام، ويرمز له بحرف G كبير × كتلة الجسم الأول m1 × كتلة الجسم الثاني m2 على مربع المسافة بين الجسمين، ويرمز لها بالحرف r وهذا التربيع.
عندما يكون الجسم على الأرض؛ فإن هذا المقدار m1 وهو كتلة الأرض وr المسافة من مركز الأرض إلى سطح الأرض حيث يقف سمير. بالتالي؛ هذا المقدار = حرف g صغير، ويساوي حوالي 9.8 متر في الثانية تربيع.
بمعنى آخر؛ قوة الجاذبية التي تؤثر على جسم بالقرب من سطح الأرض يساوي هذا المقدار ضرب كتلة الجسم.
فوزن سمير على سطح الأرض = 9.8 متر في الثانية تربيع × كتلة سمير 70 كيلوغرام.
لحساب الناتج باستخدام الآلة الحاسبة: 9.8 × 70 = 686
إذاً 686 كيلوجرام متر في الثانية تربيع، وهذه الوحدات = نيوتن N.
فإذا سئل أحدهم سمير عن وزنه يجب أن يقول أنه يزن 686 نيوتن، وليس 70 كيلوجراماً.
ولكن هذا وزن سمير على سطح الأرض، أو مقدار قوة جاذبية الأرض التي تؤثر على سمير، فإذا صعد سمير إلى سطح القمر مثلاً يتأثر بقوة جذب القمر فيتغير وزنه. لكن كتلته لن تتغير.
إذا هذا وزن سمير على الأرض، فما وزنه على سطح القمر؟
إذا كانت جاذبية القمر تعادل سدس جاذبية الأرض، فإن وزن سمير على القمر يساوي تقريباً سدس ضرب وزنه على سطح الأرض 686 نيوتن. باستخدام الآلة الحاسبة 686 ÷ 6 يساوي تقريباً 114 نيوتن. وهذا وزن سمير على القمر.
إذاً تذكروا لأن الوزن هو مقدار قوة جذب الجسم، يتغير الوزن من كوكب إلى آخر. كما يتغير الوزن بتغير الارتفاع عن سطح الأرض، لكن هذا التغير غير ملحوظ؛ لأن نسبة الارتفاع قليلة مقارنة بنصف قطر الأرض.
ولا تنسوا أن الأرض ليست كروية تماماً بل مفلطحة من الأقطاب. لذلك يختلف الوزن باختلاف المكان على سطح الأرض؛ فمثلاً يختلف وزن سمير إذا كان عند الأقطاب عن وزنه عند خط الاستواء.
لكن كلته تبقى 70 كيلوجرام لا تتغير.
وحدة قياس الوزن والكتلة في النظام البريطاني
الوزن في النظام البريطاني يُقاس بوحدة الباوند بدلاً من نيوتن، فإذا كان وزن خالد حوالي 160 باوند، فهذا يعني أن مقدار قوة الجاذبية التي تؤثر عليه 160 باوند. فماذا عن الكتلة؟ هل تقاس بالكيلو غرام؟
تقاس الكتلة في النظام البريطاني بوحدة تسمى سلوج slug، فإذا كان وزن خالد 160 باوند، فكم كتلته؟
تذكروا أن الوزن = 160 أي تسارع الجاذبية G × كتلة خالد. لكن بدلاً من تعويض مقدار G بوحدات النظام الدولي 9.8 متر في الثانية تربيع يجب تعويضها بالوحدة المستخدمة في النظام البريطاني، والتي تعادل 32 قدم ورمزها ft في الثانية s تربيع ضرب الكتلة.
ولحساب الكتلة نقسم الطرفين على 32 قدم في الثانية تربيع، وباستخدام الآلة الحاسبة 160 باوند ÷ 32 قدم × ثانية تربيع = 5.
الناتج 5 والوحدات باوند تقسيم قدم في الثانية تربيع، أي ضرب مقلوبه وهو ثانية تربيع على قدم.
هذه الوحدات تعادل 1 slug فإذا كان وزن خالد 160 باند، فإن كتلته = 5 slug حسب النظام البريطاني.
لكن إذا كانت الكتلة بوحدات النظام الدولي كما في المثال في الأعلى 70 كيلوجرام، فإن الوزن = 686 نيوتن. ويتم توضيح ذلك أكثر من خلال هذه الصورة.
