من السهل الخلط بين الكتلة والوزن. الاختلاف هو أكثر من مجرد شيء يبتلى به الطلاب أثناء أداء واجباتهم المدرسية - إنه في طليعة العلوم. يمكنك مساعدة الأطفال على فهم هذا من خلال مراجعة الوحدات ومناقشة الجاذبية ، ومن أين تأتي الكتلة وكيف تعمل الكتلة والوزن في المواقف المختلفة.
الكتلة مقابل الوزن
الفرق المهم بين الكتلة والوزن هو أن الوزن قوة بينما الكتلة ليست كذلك. تعريف الوزن البسيط للأطفال هو: يشير الوزن إلى قوة الجاذبية التي تنطبق على الجسم. تعريف الكتلة البسيط للأطفال هو: تعكس الكتلة كمية المادة (أي الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات) التي يحتويها الجسم. يمكننا وضع مقياس على القمر ووزن جسم هناك. سيكون الوزن مختلفًا لأن قوة الجاذبية مختلفة. لكن الكتلة ستكون هي نفسها.
يمكن أن تتضمن بعض الأمثلة الجماعية للأطفال كميات مختلفة من الطين ؛ عند إزالة قطع الطين تقل كتلة الجسم. يمكن إضافة الكتلة إلى كرة أخرى من الطين ، مما يزيد من كتلتها.
في الولايات المتحدة ، تقيس المقاييس المنزلية والتجارية الوزن بالجنيه ، وهو مقياس للقوة ، أثناء وجوده في تقريبًا في كل دولة أخرى في العالم ، تُقاس المقاييس بالوحدات المترية ، مثل الجرامات أو الكيلوجرامات (1000 جرامات). على الرغم من أنك قد تقول إن شيئًا ما "يزن" 10 كيلوغرامات ، فأنت تتحدث في الواقع عن كتلته ، وليس وزنه. في العلم ، يُقاس الوزن بوحدة نيوتن ، وهي وحدة القوة ، لكن هذا لا يستخدم في الحياة اليومية.
الوزن: القوة بسبب الجاذبية
الوزن هو القوة التي تؤثر بها الجاذبية على الجسم. للتحويل بين الكتلة والوزن ، يمكنك استخدام قيمة تسارع الجاذبية g = 9.81 متر لكل ثانية مربعة. لحساب الوزن ، W ، بالنيوتن ، تضرب الكتلة ، م ، بالكيلوجرام في g: W = mg. للحصول على الكتلة من الوزن ، تقسم الوزن على g: m = W / g. يستخدم المقياس المتري تلك المعادلة ليمنحك كتلة ، على الرغم من أن الأعمال الداخلية للمقياس تستجيب للقوة.
مع الأطفال ، من المفيد التحدث عن الوزن على كوكب آخر ، القمر أو الكويكب. تختلف قيمة g ، لكن المبدأ هو نفسه. ومع ذلك ، فإن الصيغ تنطبق فقط بالقرب من السطح ، حيث لا يتغير تسارع الجاذبية كثيرًا مع الموقع. بعيدًا عن السطح ، تحتاج إلى استخدام صيغة نيوتن لقوة الجاذبية بين جسمين بعيدَين. ومع ذلك ، فإننا لا نشير إلى هذه القوة بالوزن.
قوانين نيوتن للحركة
ينص قانون نيوتن الأول للحركة على أن الأجسام الساكنة تميل إلى البقاء ثابتة ، بينما تميل الأشياء المتحركة إلى البقاء في حالة حركة. ينص قانون نيوتن الثاني على أن العجلة ، أ ، لجسم ما تساوي صافي القوة عليه ، F ، مقسومة على كتلته: أ = F / م. التسارع هو تغيير في الحركة ، لذلك لتغيير حالة حركة الجسم ، يجب تطبيق القوة. يقاوم الجمود ، أو الكتلة ، التغيير.
نظرًا لأن التسارع هو خاصية للحركة ، لا يهم ، يمكنك قياسه دون القلق بشأن القوة أو الكتلة. لنفترض أنك قمت بتطبيق قوة ميكانيكية معروفة على جسم ما ، وقمت بقياس تسارعه ، ومن ذلك حساب كتلته. هذه هي كتلة الجسم بالقصور الذاتي. ثم ترتب موقفًا تكون فيه القوة الوحيدة المؤثرة على الجسم هي الجاذبية ، ثم تقيس تسارعها وتحسب كتلتها. وهذا ما يسمى كتلة الجاذبية للجسم.
لطالما تساءل الفيزيائيون عما إذا كانت كتلة الجاذبية والقصور الذاتي متطابقة حقًا. تسمى فكرة أنها متطابقة مبدأ التكافؤ ، ولها عواقب مهمة على قوانين الفيزياء. لمئات السنين ، أجرى الفيزيائيون تجارب حساسة لاختبار مبدأ التكافؤ. اعتبارًا من عام 2008 ، أكدت أفضل التجارب ذلك على جزء واحد من 10 تريليون.