وحدة قياس الكتلة

تعريف الكتلة

يتعامل الشخص مع الكتلة في عدد كبير من التجارب العلميّة وفي الحياة العمليّة؛ حيثُ يحتاج إلى قياس كتل المواد المُستخدمة في تحضير الحلويات والأطعمة المختلفة، كما أنه يحتاج إلى اختيار دقيق لكُتل المواد الكيميائيّة التي تدخل في تركيب المستحضرات الطبيّة والأدوية، سواء كانت صلبة، أم سائلة، أم حتى غازيّة؛ وذلك لأنّ الاختيار الخاطئ لكتل هذه المواد يؤدّي إلى حدوث مشاكل صحيّة كبيرة.[1]

الكتلة هي عبارة عن مقدار ما يحتويه الجسم من مادة، أيّ أنّ كُتل الأجسام سواء كانت صغيرة أم كبيرة تبقى ثابتة في أيّ مكان، وهذا يختلف عن المفهوم الخاطئ الذي يتعامل معه المجتمع على أنَّ الكتلة والوزن هما الشّيء نفسه؛ حيث إنّ الوزن هو عبارة عن قوة جذب الأرض أو أي جرم سماوي له جاذبية كبيرة للأجسام التي عليه، فالأوزان تختلف من مكان إلى آخر؛ فوزن الإنسان على الأرض يكون ستة أضعاف وزنه على القمر، بينما مقدار الجاذبية على القمر تساوي قرابة سُدس جاذبيّة الأرض، أي أنّ وزن الإنسان على القمر يساوي سُدس مقدار وزنه على الأرض، ووزن الجسم على سطح المُشتري أكبر من وزنه في الأرض بمقدار الضعف تقريباً؛ حيثُ إنّ قوّة الجاذبيّة في المُشتري أقوى بكثير من قوّة جاذبيّة الأرض.[2][3]

وحدات قياس الكتلة

إنَّ لجميع الكميات الفيزيائية -سواء كانت كميات قياسية أم متجهة- وحدة اتفق عليها العلماء للتعبير عن هذه الكميّات، فقد اتفق العلماء على أنَّ وحدة قياس الكتلة في النظام العالمي هي الكيلوغرام، ولكن هنالك وحدات أخرى تستخدم حسب التجربة أو الكميّة الفيزيائية التي يمكن قياسها، ومن هذه الوحدات:[4][5]

• الكيلوغرام: تُعتبر هذه الوحدة من أشهر الوحدات المستخدمة عالميّاً؛ حيثُ وضع العلماء كتلة معياريّة مُتّفَق عليها للتعبير عن وحدة الكيلوغرام، وتُستخدم هذه الوحدة في قياس الكتل الكبيرة نسبياً مثل كتلة جسم الإنسان، والخضروات، والسيارات، وغيرها.
• الغرام: إن وحدة الغرام من الوحدات المشتقة من الكيلوغرام؛ حيثُ كل كيلوغرام واحد يعادل ألف غرام.
• المليغرام: تعتبر من أصغر الوحدات المشتقة لقياس الكتلة؛ حيثُ تستخدم في التجارب العلمية الصغيرة جداً.

الفرق بين الكتلة والوزن

علاقة الكتلة بالقوّة والتسارُع

حسب قانون العالِم إسحاق نيوتن، فإنَّ القوّة المؤثّرة في الجسم يُساوي كتلة هذا الجسم مضروبةً بتسارُعه، وتُكتَب العلاقة على شكل (القوّة = الكُتلة × التسارُع)، وفي حال أثّرت قوة على جسم ساكن، فستُسبّب تسارُع هذا الجسم بنفس اتجاه القوّة، وفي حال كان الجسم مُتحرّكاً أصلاً قبل أن تؤثِّر فيه قوّة؛ فإنَّ تعرُّضه لقوّة خارجيّة سيؤدّي إلى إبطاء الجسم المُتحرّك، أو زيادة سُرعته، أو تغيير اتّجاهه اعتماداً على طبيعة القوّة المؤثرة. تُشير القوّة والتسارُع في القانون إلى كمّيّات مُتّجهة؛ مما يعني أنَّ كلاهما له مقدار واتّجاه، ويمكن أن تكون القوّة عبارة عن مُحصِّلة لمجموعة من القوة الأخرى المؤثِّرة.[6]

من هذا القانون تمَّ اشتقاق قانون الوزن، والذي يُعبَّر عنه بالمُعادلة (الوزن = الكتلة × تسارُع الجاذبيّة الأرضيّة)، ومن أجل مُقاومة الجاذبيّة ورفع جسم ما، فيجب التأثير على الجسم بقوّة مُعاكِسة للجاذبيّة (للأعلى) تكون بمقدار أعلى من حاصل ضرب كُتلة الجسم بتسارُع الجاذبيّة الأرضيّة.[6]

أنواع الموازين

تتعدَّد أنواع الموازين المُستخدمة في قياس كُتَل الأجسام، فمنها ما يقيس كُتل أجسام ثقيلة بشكل هائل، ومنها ما يستطيع قياس أجسام لا تتعدّى كتلتها بضعة كيلوغرامات، وفي ما يلي أهمّ الموازين المستخدمة:

• الميزان ذو الكفّتين (بالإنجليزيّة: Pan balances) يُستخدَم في قياس وزن الأجسام عن طريق وضع الجسم مجهول الكتلة على كفّة، وإضافة بعض الأوزان معلومة الكتلة على الكفّة الأخرى، ففي حال تساوت الكفّتان، فالجسم مجهول الكتلة يساوي كُتلة الأجسام المعلومة في الكفّة الأخرى.[3]
• ميزان القبّان (بالإنجليزية: Steelyard balance) والذي يختلف قليلاً عن الميزان ذي الكفّتين؛ كونه يحتوي على قطعة يتم زلْقُها على ذراع فلزيّة إلى حين إيجاد نقطة التوازُن (كلما تم تحريك القطعة باتجاه نهاية الذراع زادت الكتلة).[3]
• الميزان النابضي (بالإنجليزيّة: Spring scale) يُستخدَم من قِبل الطبّاخين بشكلٍ واسع، ويتمّ وضع الجسم على منصّة مُتحرّكة بحيث تُدفع للأسفل عند وضعه (أو قد تتمدّد أو تُضغط اعتماداً على آليّة عمل الميزان)، فيتحرّك مؤشّر يدلّ على كتلة الجسم.[3]
• الميزان الإلكتروني (بالإنجليزية: Electronic Scale) يقوم بإظهار وزن الجسم بشكل رقمي على شاشة عند وضع الجسم عليه، وهو مُناسب لحساب وزن الإنسان؛ حيثُ يقوم الشخص بالوقوف على صفيحة حسّاسة للوزن تُسمّى مجسّ كهروضغطي (بالإنجليزيّة: Piezoelectric transducer) تقوم بإنشاء تيّار كهربائي عند ضغطها؛ فكلّما زاد الوزن الموضوع عليها زادت شدّة هذا التيّار الكهربائي، ثمّ تقوم دارّة كهربائيّة داخل الميزان بتحويل قيمة التيّار النتج إلى كُتلة، ويتم إظهارها على الشاشة بعد ذلك.[3]

تُقاس كُتل الأجسام الكبيرة باستخدام أنواع موازين أخرى متخصّصة بذلك، فَلِقياس كتلة الشاحنات على سبيل المثال، يُستخدَم ميزان بسكول، وهو عبارة عن طريق حديديّة مُدعّمة بمضخّات هيدروليكيّة.[3]

المراجع

1. ↑ "10 Everyday Reasons Why Measurement is Important in your Life?", Math Worksheet Center, Retrieved 3-2-2017. Edited.
2. ↑ Margaret Rouse, "Mass"، WhatIs.com, Retrieved 3-2-2017. Edited.
3. ^ أ ب ت ث ج ح خ Chris Woodford (28-3-2016), "Weights and balances"، ExplainThatStuff, Retrieved 3-2-2017. Edited.
4. ↑ Barry N. Taylor, Ambler Thompson (2008), The International System of Units (SI), Gaithersburg: NIST, Page 18. Edited.
5. ↑ Russ Rowlett (16-4-2005), "How Many? A Dictionary of Units of Measurement"، University of North Carolina, Retrieved 3-2-2017. Edited.
6. ^ أ ب ت Jim Lucas (26-6-2014), "Force, Mass & Acceleration: Newton's Second Law of Motion"، Live Science, Retrieved 3-2-2017. Edited.