كتلة

ميكانيكا كلاسيكية
تاريخ...
 ع  ن  ت
لا تخلط بين موضوع المقال وبين مادة.

الكتلة Mass، تعرف دائما بأنها كمية المادة لجسم ما، إلا أن العلماء عادة مايُعرّفون الكتلة بأنها مقياس القصور الذاتي الذي هو خاصَّة من خواص جميع المواد. والقصور الذاتي هو ميل الجسم الساكن لأن يبقى ساكنا، والجسم المتحرك لأن يستمر في حركته بسرعة منتظمة وفي نفس الاتجاه. واستخدام القوة هو فقط الذي يجعل الجسم الساكن يتحرك، أو يغير من سرعة أو اتجاه الجسم المتحرك.[1]

وكلما زادت كتلة الجسم زادت صعوبة تغيير سرعته. فالقاطرة مثلا لها كتلة أكبر من السيارة، ولهذا يتطلب إيقاف القاطرة، على سبيل المثال، قوة أكبر من القوة اللازمة لإيقاف سيارة إذا كان كل منهما يتحرك بنفس السرعة.

ويربط القانون الثاني للحركة لنيوتن بين القوة والكتلة والتسارع. انظر: الحركة. وهذا القانون تمثله المعادلة (ق= ك جـ) حيث (ق) هي القوة و(ك) هي الكتلة و(ج) هي التسارع.

وتتوقف وحدة الكتلة على نظام الوحدات الميكانيكية المستخدم. ويفضل العلماء نظام الوحدات المطلقة (متر ـ كيلو جرام ـ ثانية)، حيث تكون وحدة الكتلة هي الكيلو جرام (1000جرام). ويستخدم بعض المهندسين نظام التثاقل (قدم ـ رطل ـ ثانية). حيث تكون وحدة الكتلة هي السلج؛ وهي الوحدة الفنية البريطانية للكتلة حيث يساوي (السلج) 14,594كجم.

وحدات الكتلة

للمزيد من المعلومات: ترتيبات المقدار (أعداد)
The kilogram is one of the seven SI base units; among these, it is one of three (besides the second and the Kelvin) which is defined ad hoc, without reference to another base unit, since 1889 by means of the international prototype kilogram.[note 1]
Balance scales allow to directly compare gravitational mass within a gravitational field. Such devices have been in use since at least the Middle Bronze Age (shown is a balance for weighing tobacco dating to the mid-19th century).


الكتلة والوزن

وصف مبكر لمقاييس التوازن في Papyrus of Hunefer (تعود إلى عهد الأسرة 19، ح. 1285 BC). مشهد يصور أنيبوس يزن قلب Hunefer.

يختلف الوزن عن الكتلة؛ فالوزن هو القوة المؤثرة على الجسم نتيجة لجاذبية كوكب أو جسم سماوي آخر. ويقل وزن الجسم في نطاق جاذبية كوكب ما كلما ابتعد عن سطح الكوكب. أمّا كتلته فتبقى ثابتة في أي مكان كانت.

w_n \propto n,

where w is the weight of the collection of similar objects and n is the number of objects in the collection. Proportionality, by definition, implies that two values have a constant ratio:

\frac{w_n}{n} = \frac{w_m}{m}, or equivalently \frac{w_n}{w_m} = \frac{n}{m}.
\frac{ounce}{pound} = \frac{w_{144}}{w_{1728}} = \frac{144}{1728} = \frac{1}{12}.
Various atoms and molecules as depicted in John Dalton's A New System of Chemical Philosophy (1808).
ذرات الكربون في الجرافيت، صورة التقطت عن طريق مجهر المسح النفقي.

قانون بقاء الكتلة

المقالة الرئيسية: قانون بقاء الكتلة

ينص قانون بقاء الكتلة على أن الكتلة لايمكن استحداثها أو إفناؤها. ويُسمى هذا القانون أيضًا قانون بقاء المادة لأن العلماء اعتقدوا يومًا أن الجسم تتغير كتلته فقط عندما يفقد جزءاً من مادته. ولكنا نعلم الآن أن الجسم تتغيركتلته أيضا عندما تتغير طاقته، و تزداد الكتلة بزيادة الطاقة.

وفي التفاعلات الكيميائية تكون التغيرات في الكتلة طفيفة جدًا. فمثلا عندما يحترق الفحم تنتج طاقة حرارية بالإضافة إلى ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء و الرماد. ولاينتج عن هذا التفاعل إلا فقدان 0,0003 جم فقط لكل مليون جم من الفحم المحترق. ولكن التفاعلات النووية مثل التي تحدث في مفاعل ذري ينتج عنها انطلاق طاقة هائلة، مصحوبة بنقص ملحوظ في الكتلة. فالمليون جرام من اليورانيوم، عند انشطارها نوويًا، تفقد حوالي 750جم.

ومعظم الطاقة التي تُفقد نتيجة لاحتراق الفحم أو انشطار نوويّ، يعاد امتصاصها ثانية بذرات أخرى وتصبح كتلة مرة أخرى، وذلك طبقا لمعادلة ألبرت آينشتاين المشهورة ( ط = ك ث²)، حيث (ط) تمثل الطاقة و (ك) تمثل الكتلة و(ث) هي سرعة الضوء.

الكتلة التثاقلية الكپلرية

الاسم الكواكب الكپلرية
Semi-major axis Sidereal orbital period كتلة الشمس
عطارد 0.387 099 وحدة فضائية 0.240 842 سنة فلكية 4 \pi^2 \frac{AU^3}{year^2}
الزهرة 0.723 332 AU 0.615 187 سنة فلكية
الأرض 1.000 000 AU 1.000 000 سنة فلكية
المريخ 1.523 662 AU 1.880 816 سنة فلكية
المشترى 5.203 363 AU 11.861 776 سنة فلكية
زحل 9.537 070 AU 29.456 626 سنة فلكية


\mu = 4 \pi^2 \frac{Distance^3}{Time^2} \propto Gravitational \, Mass
الاسم أقمار گاليليو
Semi-major axis الفترة المدارية الفلكية كتلة المشترى
إيو 0.002 819 AU 0.004 843 سنة فلكية 0.0038 \pi^2 \frac{AU^3}{year^2}
اوروپا 0.004 486 AU 0.009 722 سنة فلكية
Ganymede 0.007 155 AU 0.019 589 سنة فلكية
كاليستو 0.012 585 AU 0.045 694 سنة فلكية

الحقل التثاقلي الگاليلي

The distance traveled by a freely falling ball is proportional to the square of the elapsed time.

الكتلة التثاقلية النيوتنية

قمر الأرض كتلة الأرض
Semi-major axis Sidereal orbital period
0.002 569 وحدة فلكية 0.074 802 سنة فلكية 0.000 012 \pi^2 \frac{AU^3}{year^2}

= 398 600 \frac{km^3}{sec^2}
جاذبية الأرض نصف قطر الأرض
0.00980665 كمث2 \ 6 375 كم


Newton Cannon.svg


هوامش

  1. ^ Historically, both the kilogram and the Kelvin are derived from physical properties of water, while the second is based on the second is historically derived from the length of the solar day on Earth.

المصادر

المراجع

وصلات خارجية