يشير مصطلح “الكتلة” إلى مقدار المادة الموجودة داخل الجسم، وهو مصطلح فيزيائي يستخدم غالبا للتعبير عن الحجم، وهي تختلف عن الوزن إذ أن قيمتها لا تتغير بتغير الجاذبية، حيث أن الكتلة لها قيمة ثابتة مهما تغيرت الظروف المحيطة بالمادة، وفي هذا المقال سنوضح لكم كيفية حساب الكتلة والعلاقة بينها وبين الكثافة والوزن.
تعريف الكتلة
يمكننا تعريف الكتلة على أنها مقدار ما يحتويه الجسم من مادة، والمادة هي كل شيء يمكن لمسه والتعامل معه فيزيائيا، وهي تختلف عن الوزن في مدى ارتباطها بتغير الجاذبية الأرضية، حيث أن الوزن تتغير قيمته بتغير المكان حسب الجاذبية الأرضية، أما الكتلة فهي على العكس من الوزن تكون ثابتة القيمة.
تقاس الكتلة بوحدة الجرام أو الكيلو جرام، وترتبط الكتلة عامة بحجم الجسم فكلما زاد حجم الجسم زادت كتلته، علما بأن هذا القانون ليس ثابتا فيمكن أن يكون الجسم حجمه كبيرا لكن كتلته صغيرة مثل البالون، ويستخدم مصطلح الكتلة بشكل يومي لوصف وزن الأجسام على الرغم من الاختلافات الفيزيائية بينهما.
كيفية حساب الكتلة
تقسم الكتلة إلى نوعين وهما كتلة القصور الذاتي وكتلة الجاذبية، وتوجد طريقتين فقط يمكن من خلالهما حساب قيمة الكتلة في الأجسام، وهما:
أولا: حساب كتلة كتلة القصور الذاتي
ينص قانون نيوتن الثاني وهو ما يعرف باسم قانون القصور الذاتي، على “إذا أثرت قوة على جسم ما فإنها تكسبه سرعة تتناسب طرديا مع مقدار القوة وعكسيا مع الكتلة”، وتبعا لهذا القانون فإننا يمكننا إيجاد كتلة الأجسام بمعلومية القوة والسرعة، وذلك من خلال قانون القوة الذي ينص على أن القوة = الكتلة × السرعة.
وطبقا لقانون القوة فإننا يمكننا إيجاد كتلة الأجسام من خلال القانون الكتلة = القوة ÷ السرعة، وجدير بالذكر أن القوة تقاس بوحدة “نيوتن”، والسرعة تقاس بوحدة “م/ث²”، والكتلة بوحدة الجرام أو الكيلو جرام.
ثانيا: حساب كتلة الجاذبية
كتلة الجاذبية هي مقدار تأثر الجسم بتغير قيمة الجاذبية، أو هي المقياس الذي يعبر عن قوة تفاعل جسم ما مع الجاذبية الأرضية، بافتراض وجود جسم 1 وتكون كتلته m1، ويبعد بمسافة r عن جسم 2 وكتلته m2، فإن الجسم 1 سيتأثر بقوة جذب F، ويمكننا إيجاد قيمة القوة F من خلال القانون التالي:
القوة F = الجاذبية G × [( الكتلة m1 × الكتلة m2) ÷ المسافة r²] ، بالتالي يمكن حساب الكتلة من خلال معرفة القوة والمسافة والتعويض في القانون السابق، علما بأن الجاذبية الأرضية G هي قيمة ثابتة قدرها العلماء ب 6.67390 × 10−11.
حساب الكتلة بقانون الكثافة
يمكن استخدام قانون الكثافة لحساب قيمة الكتلة، وتقاس الكثافة بوحدة “جرام / سم³”، ويقاس الحجم بوحدة “سم³”، أما الكتلة فهي تقاس بوحدة الجرام، وينص قانون الكثافة على أن “الكثافة تساوي حاصل قسمة الكتلة على الحجم”، وطبقا لهذا القانون فإننا يمكننا حساب الكتلة بمعرفة الكثافة والحجم باستخدام القانون “الكتلة = الكثافة × الحجم“.
العلاقة بين الكتلة والوزن
يعرف الوزن بأنه مقدار قوة جذب الأرض للجسم، ويتأثر وزن الأجسام باختلاف درجة جاذبية الأرض حيث تزيد الجاذبية كلما ارتفعنا عن سطح الأرض، وبناء على ذلك فإن أوزان الأجسام تختلف باختلاف المكان الموجودة فيه، وذلك على عكس الكتلة التي لا تتأثر بالجاذبية، يقاس الوزن باستخدام وحدة “نيوتن” على عكس الكتلة التي تقاس بالجرام.
