الكتلة والوزن
تعتبر الكتلة والوزن من الخصائص الأساسية للأجسام في علم الفيزياء، وتتميز كل منهما بمفاهيم علمية دقيقة ومتباينة. على الرغم من أن العديد من الأشخاص يعتقدون أن هذين المفهومين متماهيان، إلا أنهما مختلفان تماماً من حيث المعنى الدقيق في العلم. تُعرف الكتلة بأنها مقدار المادة التي يحتوي عليها الجسم، وهي واحدة من الخصائص الثلاث للمادة. يتم تمثيل الكتلة بالرمز ك أو m، وهي مقدار ثابت لا يتغير في أي زمان أو مکان، وتظل مستقلة عن الحجم. فحتى إذا كان حجم جسم ما أكبر من حجم جسم آخر، فهذا لا يعني بالضرورة أن كتلة الجسم الأكبر أكبر أيضاً. على سبيل المثال، قد تكون كتلة قطعة صغيرة من الحديد أكبر من كتلة قطعة كبيرة من الخشب بسبب اختلاف كثافاتهما. ولتحقيق تساوي الكتلة مع الحجم، يجب أن تكون الأجسام المدروسة من النوع نفسه.
تعريف الكتلة
الوحدة الأساسية لقياس الكتلة هي الغرام، ويُستخدم لقياس الأجسام الكبيرة وحدات أعلى كالكيلوغرام والطن، بينما تُستخدم وحدات أصغر مثل الملليغرام والميكروغرام للأجسام الصغيرة. يُعرف الطن بأنه يساوي 1,000,000 غرام، فيما يساوي الكيلوغرام 1,000 غرام، والغرام 1 غرام، والديسغرام 0.1 غرام، والسنتيغرام 0.01 غرام، والملليغرام 0.001 غرام.
هناك طريقتان عمليتان لتعريف الكتلة: الأولى هي كتلة القصور (inertial mass)، التي تحدد تسارع جسم ما عند تأثير قوة خارجية عليه. وفقاً لقانون نيوتن الثاني، إذا تعرض جسم معين يمتلك كتلة مقدارها m لقوة مقدارها F، فإن تسارع الجسم يمكن حسابه باستخدام المعادلة F/m، وهذا يعبر عن مقدار القصور الذاتي للجسم ومقدار مقاومته للتغيير في حالته الحركية عند تعرضه لقوة. أما الثانية، فهي كتلة الجاذبية، التي تقيس قوة تأثر جسم ما مع مجال الجاذبية، فإذا وُضع جسم يمتلك كتلة مقدارها m1 على مسافة r من جسم آخر يمتلك كتلة مقدارها m2، فإن الجسم الأول سيخضع لقوة جذب مقدارها F تُحسب من خلال العلاقة: F = g * m1 * m2 / r2.
تعريف الوزن
الوزن يُعرّف في الفيزياء بأنه مقدار جذب الأرض لجسم ما، وهو يعبر عن كمية المادة الموجودة في الجسم. يُحسب الوزن من خلال ضرب كتلة الجسم في ثابت تسارع الجاذبية الأرضية. الوحدة الدولية لقياس الوزن تُسمى بالنيوتن، نسبةً إلى العالم الإنجليزي إسحاق نيوتن الذي وضع هذا القانون واكتشف الجاذبية. النيوتن الواحد يعادل قوة جذب الأرض لجسم يحمل كتلة مقدارها 100 جرام. وثابت تسارع الجاذبية الأرضية يساوي 9.8 م/ث2. وبالتالي، فإن الوزن يُحسب من خلال المعادلة: الوزن = الكتلة * ثابت تسارع الجاذبية الأرضية، أي الوزن = الكتلة * 9.8 م/ث2. ومن الوحدات المستخدمة في قياس الوزن: الرطل، والقيراط، والمثقال، والدرهم، والدانق، وحبة الشعير، والأوقية.