ما الاداة المستخدمة لقياس الكتلة

ما الاداة المستخدمة لقياس الكتلة

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.

هناك طريقتان، على وجه التحديد، لتعريف الكتلة عمليا:

• كتلة القصور (inertial mass): وهي تحدد تسارع الجسم بوجود قوة مؤثرة. وبحسب قانون نيوتن الثاني، إذا تأثر جسم ما ذو كتلة m بقوة F، فإن تسارعه a يعطى بالعلاقة F/m. فهي مقياس لقصور الجسم الذاتي، ومقاومته لتغيير حالته من الحركة عندما تطبق عليه قوة ما.

{\displaystyle F(N)=m(kg)*a(m/s^{2}))}

• كتلة الجاذبية (active gravitational mass): مقياس لقوّة تفاعل جسم مع حقل الجاذبية. تحدد كتلة المادة الدرجة التي يتأثر بها الجسم في حقل الجاذبية. فإذا وضع جسم أول ذو كتلة m₁ على بعد r من جسم آخر ذي كتلة m₂، فإن الجسم الأول يخضع لقوة جذب F تعطى بالعلاقة

{\displaystyle F=G\,{\frac {m_{1}m_{2}}{r^{2}}}\,,}

حيث G هو ثابت الجاذبية العام، ويساوي 6.67*10⁻¹¹ كغ⁻¹.م³.ثا⁻². ويشار إليها أحيانا بكتلة الجاذبية (عندما يكون التمييز ضروريا، يستخدم رمز M ليرمز إلى كتلة الجاذبية الفعالة، ويرمز بـ m إلى كتلة الجاذبية السلبية). أكدت التجارب المتكررة منذ القرن السابع عشر أن كتلة القصور وكتلة الجاذبية متساويتين، وهذا ما أوجبه مبدأ التكافؤ في النظرية النسبية العامة.

على سطح الأرض يكون الوزن W لجسم ما مرتبطا بكتلتهm:

{\displaystyle W=mg\,,}

حيث g هي التسارع نتيجة الجاذبية الأرضية، ويساوي 9.81 م.ثا⁻². ويتوقف وزن الجسم على المكان الموجود فيه هذا الجسم، في حين أن الكتلة لا تتغير. فكتلة جسم 50 كغ تزن 491 نيوتن على سطح الأرض، في حين أن الوزن على سطح القمر يكون 81,5 نيوتن.

ويشترك كلا التعريفين بتفاعل الجسم مع القوة باختلافها إن كانت قوة جاذبية أرضية أو قوة أخرى. و تذهب بعض النظريات الفزيائية إلى أن الكتلة ليست خاصية ثابتة للمادة بل ناتجة عن تفاعل المادة مع ما يسمى مجال هيغز. فكلما كان تحرك الجزيئات بطيء كلما كان الجزيء ثقيلا (انظر آلية هيغز).

قوى تجاذب الكتل: كل جسم في هذا الكون يؤثر بقوة جذب على جسم آخر في هذا الكون، أي أننا نشعر بإجنذابنا نحو الأرض حيث أن:

1- قوة التجاذب تزداد بزيادة كتل الجسم.

2-قوة التجاذب تتناقص بزيادة المسافة من مركز الجسم.

ما الاداة المستخدمة لقياس الكتلة

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.^[

ما الاداة المستخدمة لقياس الكتلة

أنواع موازين قياس الكتلة

تُعبر الكتلة عن مقدار المادة التي تُصنع منها الاشياء، إذ إن الأشياء الكبيرة المصنوعة من مواد أكثر كتلتها أكبر من الأشياء الصغيرة المصنوعة من مواد أقل، وتُقاس الكتلة باستخدام العديد من الموازين التي تختلف في مكوناتها وآلية عملها:[٢]

الميزان ذو كفتين: اخترع هذا الميزان في العصر الروماني، إلا أنه ما زال يُستخدم حتى يومنا هذا، وما يزال الأطباء يستخدمونه في قياس كتلة الأطفال الصغار، إذ يتكون هذا الميزان من كفتين من المعدن بالإضافة إلى أوزان معروفة توضع في إحدى الكفتين، إذ يوضع الجسم المراد حساب كتلته في إحدى الكفتين، بينما توضع الأوزان في الكفة الأخرى، حتى تتزن الكفتان لتعطي الوزن الصحيح.

الميزان النابضي: يُستخدم الميزان النابضي من قِبل العديد من الطهاة بدلًا من الميزان ذي الكفتين، إذ يوضع الجسم في الجزء العلوي من اللوحة المتحركة، فتندفع تلك القطعة إلى الأسفل من خلال انضغاط النوابض الموجودة في الداخل، والتي تحرك المؤشر الموجود في قرص القراءات لتعطي قيمة تلك الكتلة.

الميزان الإلكتروني: تعد الموازين الإلكترونية أكثر دقة من الموازين النابضية، والتي تعطي قيمة الكتلة على شكل قراءات رقمية، وغالبًا ما يستخدم من قِبل الأشخاص لحساب كتلتهم، إذ يتكون هذا الميزان من منصة، ومستشعر ضغط يُطلق عليه اسم محول طاقة كهروضغطية، والذي يصنع تيارًا كهربائيًا عند الضغط عليه، وكلما زاد الضغط على المنصة يزداد التيار المتولد، لذلك كلما كانت الكتلة أثقل تزيد قوة الضغط، وبالتالي تزداد كمية التيار المتدفق في محول الطاقة، إذ تقيس الدارة الإلكترونية المتصلة بمحول الطاقة ذلك التيار، وتحوله إلى كتلة بالكيلوغرامات، أو أي وحدة أخرى مستخدمة.

المكبس الهيدروليكي: يستخدم هذا المكبس لقياس كتل الأجسام الكبيرة جدًا، والتي لا يمكن وزنها باستخدام الموازين العادية؛ كالشاحنات، إذ توزن الشاحنات من خلال قيادتها على طرق معدنية تُدعى بالجسور، والتي تدعمها المكابس الهيدروليكية، ويمكن حساب وزن تلك الشاحنة من الضغط الهيدروليكي للمكبس، إذ يُكتب غالبًا وزن الشاحنة على الجزء الجانبي لها، ويمكن حساب كتلة الحمولة الخاصة بها من خلال طرح الكتلة الكلية للشاحنة مع الحمولة من الكتلة الصافية للشاحنة.