فهم المصطلحات الفيزيائية ومعرفة تعريفات الكميات يلعب دورًا مهمًا في دراسة القوانين المختلفة وحل المشكلات في الفيزياء. أحد المفاهيم الأساسية هو مفهوم كتلة الجسم. دعونا نلقي نظرة فاحصة على السؤال: ما هو وزن الجسم؟
التاريخ
مع الأخذ في الاعتبار النظرة الحديثة للفيزياء ، من الآمن القول أن كتلة الجسم هي خاصية تتجلى أثناء الحركة ، وأثناء التفاعل بين الأشياء الحقيقية ، وكذلك أثناء التحولات الذرية والنووية. ومع ذلك ، فقد تشكل هذا الفهم للكتلة مؤخرًا ، حرفياً في العقود الأولى من القرن العشرين ، بفضل نظرية النسبية التي أنشأها أينشتاين.
بالعودة إلى التاريخ ، نتذكر أن بعض فلاسفة اليونان القديمة اعتقدوا أن الحركة غير موجودة ، لذلك لم يكن هناك مفهوم عن كتلة الجسم. ومع ذلك ، كان هناك مفهوم لوزن الجسم. للقيام بذلك ، يكفي أن نتذكر قانون أرخميدس. الوزن مرتبط بوزن الجسم. ومع ذلك ، فهما ليسا نفس القيمة.
بفي العصر الحديث ، وبفضل أعمال ديكارت وغاليليو ونيوتن على وجه الخصوص ، تم تشكيل مفاهيم كتلتين مختلفتين:
- بالقصور الذاتي ؛
- الجاذبية.
كما اتضح لاحقًا ، كلا النوعين من كتلة الجسم لهما نفس القيمة ، والتي بحكم طبيعتها هي سمة لجميع الأشياء من حولنا.
بالقصور الذاتي
بالحديث عن كتلة القصور الذاتي ، بدأ العديد من الفيزيائيين في إعطاء صيغة لقانون نيوتن الثاني ، حيث ترتبط القوة وكتلة الجسم والتسارع في مساواة واحدة. ومع ذلك ، هناك تعبير أكثر جوهرية صاغ منه نيوتن نفسه قانونه. إنها تتعلق بمقدار الحركة.
في الفيزياء ، يُفهم الزخم على أنه قيمة مساوية لمنتج كتلة الجسم m وسرعة حركته في الفضاء v ، أي:
p=مت
بالنسبة لأي جسم ، فإن القيم p و v هي متغيرات متجهة للخاصية. القيمة m هي ثابت معامل للجسم المدروس ، والذي يربط p و v. وكلما زاد هذا المعامل ، زادت قيمة p بسرعة ثابتة وزادت صعوبة إيقاف الحركة. وهذا يعني أن كتلة الجسم هي سمة من سمات خصائصه بالقصور الذاتي.
باستخدام التعبير المكتوب لـ p ، حصل نيوتن على قانونه الشهير ، والذي يصف رياضيًا التغير في الزخم. عادة ما يتم التعبير عنها بالصيغة التالية:
F=مأ
هنا F هي القوة التي تؤثر على جسم كتلته m وتعطيه تسارعًا. كما فيفي التعبير السابق ، الكتلة m هي عامل التناسب بين خاصيتي المتجهين. كلما زادت كتلة الجسم ، زادت صعوبة تغيير سرعته (أقل من أ) بمساعدة قوة عمل ثابتة F.
الجاذبية
عبر التاريخ تبع البشر السماء والنجوم والكواكب. نتيجة للعديد من الملاحظات في القرن السابع عشر ، صاغ إسحاق نيوتن قانون الجاذبية الكونية. وفقًا لهذا القانون ، ينجذب جسمان هائلان إلى بعضهما البعض بما يتناسب مع ثابتين M1و M2ويتناسب عكسيا مع مربع المسافة R بينهما أي:
F=GM1 M2/ R2
هنا G هو ثابت الجاذبية. الثوابت M1و M2تسمى كتل الجاذبية للأجسام المتفاعلة.
وبالتالي ، فإن كتلة الجاذبية للجسم هي مقياس لقوة التجاذب بين الأجسام الحقيقية ، والتي لا علاقة لها بالكتلة بالقصور الذاتي.
وزن وكتلة الجسم
إذا تم تطبيق التعبير أعلاه على قوة الجاذبية على كوكبنا ، فيمكن كتابة الصيغة التالية:
F=mg ، حيث g=GM / R2
هنا M و R هما كتلة كوكبنا ونصف قطره ، على التوالي. قيمة g هي تسارع السقوط الحر المألوف لكل تلميذ. يشير الحرف م إلى كتلة الجاذبية في الجسم. تسمح لك هذه الصيغة بحساب قوة جذب الأرض لجسم كتلته م.
وفقًا لقانون نيوتن الثالث ، يجب أن تكون القوة Fيساوي رد فعل الدعم N الذي يرتكز عليه الجسم. تسمح لنا هذه المساواة بإدخال كمية مادية جديدة - الوزن. الوزن هو القوة التي يبسط بها الجسم التعليق أو يضغط على دعامة معينة.
كثير من الناس الذين ليسوا على دراية بالفيزياء لا يميزون بين مفاهيم الوزن والكتلة. في نفس الوقت ، هي قيم مختلفة تمامًا. يتم قياسها بوحدات مختلفة (الكتلة بالكيلوجرام ، الوزن بالنيوتن). بالإضافة إلى ذلك ، الوزن ليس سمة من سمات الجسم ، ولكن الكتلة هي. ومع ذلك ، يمكنك حساب كتلة الجسم م ، مع معرفة وزنه P. ويتم ذلك باستخدام الصيغة التالية:
م=P / ز
الكتلة هي خاصية واحدة
لوحظ أعلاه أن كتلة الجسم يمكن أن تكون جاذبية وقصور ذاتي. في تطوير نظريته النسبية ، انطلق ألبرت أينشتاين من افتراض أن الأنواع المميزة للكتلة تمثل نفس خاصية المادة.
حتى الآن ، تم إجراء العديد من القياسات لكلا النوعين من كتل الجسم في مواقف مختلفة. أدت كل هذه القياسات إلى استنتاج مفاده أن كتل الجاذبية والقصور الذاتي تتطابق مع بعضها البعض مع دقة الأدوات التي تم استخدامها لتحديدها.
أدى التطور السريع للطاقة النووية في منتصف القرن الماضي إلى تعميق فهم مفهوم الكتلة ، والذي تبين أنه مرتبط بالطاقة من خلال ثابت سرعة الضوء. طاقة وكتلة الجسم هي مظهر من مظاهر جوهر واحد للمادة.
