كان الجميع تقريبًا على ميزان ؛ يفحص بعض الأشخاص أوزانهم يوميًا لأغراض صحية أو رياضية ، بينما يستفيد آخرون أكثر من أجهزة الوزن في السوبر ماركت أو أثناء العمل أو كجزء من تعليم علمي شامل.
في كثير من الأحيان ، يتم اتهام الموازين بأنها غير صحيحة ، وهي محقة في ذلك ؛ تخضع هذه الأجهزة لضغط ميكانيكي كبير فيما يتعلق بحجمها ، خاصة في حالة ما يسمى الحمام أو الموازين المنزلية ، ولا يتطلب الأمر الكثير لإفساد أجزاء مقياس الوزن حتى لو تم بناؤها بشكل صحيح و معايرة.
هل فكرت يومًا كيف أن المقياس "يعرف" مقدار الكتلة التي تمت إضافتها إليه؟ كيف تظل هذه الأجهزة ، بغض النظر عن طريقة عملها الداخلية ، دقيقة بمرور الوقت؟ وماذا في الادعاء بأن "الوزن ليس نفس الكتلة" عندما يكون واضحًا من لمحة في العالم التجاري الذي غالبًا ما يتم التعامل مع الكيلوجرامات والأرطال كوحدات مختلفة من نفس الجسم المادي كمية؟
تحديد الوزن والكتلة
كتلة هو مقياس للمادة في حد ذاتها ، كمية "الأشياء" الموجودة في العينة. تتمثل إحدى طرق تصور الكتلة في أنها تحتوي على intertia ، مما يعني أنه إذا لم تكن تتحرك ، فيجب إضافة الطاقة إليها النظام لجعله يتحرك ، بينما إذا كان يتحرك بالفعل ، فيجب إضافة الطاقة لإبطائه أو إيقافه صريح. يخبرك الحدس أنه كلما زاد حجم الجسم ، كلما كان من الصعب التملق بالحركة من السكون أو التوقف عندما يكون في حالة حركة.
وزن هي الكتلة مضروبة في ز، التسارع الناتج عن الجاذبية. على الأرض ، تستخدم بشكل عام ز القيمة 9.8 متر لكل ثانية مربعة (م / ث2) ، بينما على القمر يكون أقل بكثير وعلى كوكب المشتري يكون أكبر بكثير لأن هذه الأجسام لها كتل أصغر وأكبر من الأرض على التوالي. والنتيجة هي أن نفس الكتلة سيكون لها وزن مختلف عند وضعها في مجال جاذبية أقوى أو أضعف.
في نظام الوحدات الدولي للوحدات (النظام المتري أو الدولي) ، تكون الوحدة الأساسية للكتلة هي كيلوغرام (كجم) ، في حين أن وحدة الوزن ، أو القوة على نطاق أوسع ، هي نيوتن (N). وبالتالي فإن الشخص الذي تزن كتلته 70 كجم (حوالي 154 رطلاً أو رطلًا ؛ 1 كجم = 2.204 رطل) بوزن (70) (9.8) = 686 نيوتن على الأرض.
الكتلة مقابل الوزن في الحياة اليومية
الجنيه في الواقع هو وحدة وزن وليس كتلة. الوحدة الجذرية للكتلة في نظام الوحدات الإمبراطوري أو البريطاني المقابل هي سبيكة، التي سقطت إلى حد كبير في الإهمال. نظرًا لأن معظم البشر يستخدمون موازينهم على الأرض ويريد الأمريكيون معرفة "كتلتهم" بالجنيه ، فإن الجاذبية في الواقع مدمجة في موازين الوزن على الأرض.
لذلك ليس صحيحًا علميًا أن نقول إن "100 كيلوغرام يساوي 220.4 رطلاً" ، لكن ذلك هو صحيح أن نقول "كتلة 100 كيلوغرام تزن 220.4 رطلاً على الأرض." ضع في اعتبارك أن معظم تم اختراع الكميات منذ قرون ، في وقت لم تكن فيه الجاذبية إلى جانب الأرض تستحق الحساب ل!
تاريخ قصير لآلات الوزن
يُعتقد أيضًا أن جوتفريد فيلهلم ليبنيز (1646-1716) ، الذي يُنسب إليه الاشتراك في اختراع المجال الرياضي لحساب التفاضل والتكامل مع إسحاق نيوتن ، قد ابتكر أجهزة الوزن الأولى. كان تصميمه يشبه إلى حد كبير العلامة الفلكية الميزان التي يتم تمثيلها عادةً: عمود رأسي مع شريط أفقي مثبت في الجزء العلوي منه بواسطة مفصل متحرك. من نهايات هذا الشريط الأفقي ، تم تعليق لوحين من الكتلة النسبية الكافية للحفاظ على توازن التجميع.
عبقرية جهاز Leibniz المسمى a توازن شعاع المركز، هل يمكن أن تحدد نسبيا كتل من الكائنات المصنفة من خلال سلسلة من عمليات الجمع والطرح من الحصى أو ما شابه ذلك. من هذا المخطط ، كان من المحتم أن يتم تمييز المواضع وتعيين قيم عددية ، وتم وضع نظام جديد كامل لتتبع الكميات بدقة.
في منتصف خمسينيات القرن الثامن عشر ، كانت الأولى جداول البندول ظهرت ، وأصبحت أكثر تفصيلاً بمرور الوقت حيث سمحت التطورات الهندسية بمزيد من الدقة في التصنيع. لا تزال موازين البندول مستخدمة اليوم في العديد من الأشكال ، والعديد منها مزود بإلكترونيات تسمح ، على سبيل المثال ، بتحويل وزن معين إلى سعر شراء معين.
أنواع الموازين
لم يعد توازن الحزمة المركزية ، لأسباب من المحتمل أن تكون واضحة بالفعل ، جزءًا من العلم أو التجارة الحديثة أكثر من Pony Express. بدون هذه الآلة الجذابة الآن ، لم يكن أي من المقاييس المستخدمة في العصر الحديث قد نشأ. أخذ عينات من آلات الوزن الحديثة:
التوازن التحليلي: هذا ما من المحتمل أن تكون قد شاهدته في المختبر. يمكنك ببساطة وضع كائن على لوحة فوق الوحدة وإرجاع كتلة (أو ، إذا كان المستخدم يفضل ، "كتلة" بوحدات إمبراطورية مثل أوقية أو رطل). تم تصميمها بحيث تكون اللوحة في وضع السكون تحت تأثير الجاذبية وحدها ، وتوازن الآلة هذا من خلال التحديد الداخلي للقوة المطلوبة للحفاظ على اللوحة ثابتة بدقة.
مقياس الحمام: أدت التطورات التقدمية في التكنولوجيا إلى ظهور نماذج لم تعد قريبة من تعريف مقياس الحمام الموحد. معظمها اليوم رقمي ، لكن النماذج التناظرية من "المدرسة القديمة" لا تزال قائمة.
مقياس العد: يستخدم هذا لوزن كائنات متعددة معروفة بأن لها وزنًا موحدًا (على سبيل المثال ، محامل كروية دقيقة) وعرض إجمالي عدد القطع بناءً على النتيجة.
على سبيل المثال ، إذا كان لديك مجموعة كبيرة من الكرات المطاطية ذات الألوان المختلفة ولكنها متطابقة ، فيمكنك تحديد ذلك كم عددهم بالضبط في مجموعتك عن طريق تحميلهم على مثل هذا الميزان وتعيين معامل الإدخال على كتلة واحد كرة. وبالتالي ، بالنسبة لمجموعة من الكرات المطاطية التي يبلغ وزن كل منها 0.125 كجم ولها كتلة إجمالية 40 كجم ، فإن الآلة ستستجيب بأن لديك [40 كجم / (0.125 كجم / كرة)] = 320 كرة في مجموعتك.
مقياس الرافعة: تبلغ سعة هذه الموازين 5000 رطل (2270 كجم) أو أكثر ، أي 2.5 طن ، على غرار معظم السيارات اليومية. تم تصميمها لوزن الأحمال في نفس الوقت الذي يتم فيه تعليقها فوق الأرض بواسطة رافعة. هذا لن يكون مسعى من أجل الغافل!
الموازنة الدقيقة: يمكن قراءتها بقيمة 1 ميكروغرام (1 ميكروغرام) أو أفضل. الميكروجرام هو واحد من المليار من الكيلوغرام ، مما يعني أنه على الرغم من أنه من المحتمل ألا يكون وحدة قد تقاطعت مع الكثير في المستوى الواعي ، إنه جزء من الحياة اليومية للكيميائيين وعلماء الأحياء الدقيقة وعلماء الصيدلة والعديد من المتخصصين العلميين الآخرين.
مقياس بريدي: هذا النوع من أجهزة الوزن هو مثال على مقياس الحوسبة ، والذي يعرض تغيرات الأسعار عند إضافة الكتلة أو إزالتها لتناسب احتياجات العملاء. يتم استخدامه لتحديد وزن الشحن أو رسوم التسليم للخطابات أو الطرود التي يتم تسليمها بواسطة خدمة بريد الولايات المتحدة (USPS) أو شركات الشحن الخاصة.
مقياس السيارة: تم تصميم هذه الموازين لوزن الشاحنات الكبيرة والمركبات الزراعية وغيرها من المركبات الصناعية الكبيرة. ربما تكون قد رأيت لافتات تقول "تزن المحطة في الأمام" إذا كنت قد قدت سيارتك على الطرق السريعة بين الولايات الأمريكية.
يتم استخدامها لفرض لوائح السلامة ، مثل ضمان عدم تجاوز المركبات التي تستخدم طرقًا معينة حدود الوزن المعلنة لهذه الطرق - شيء ما ، مرة أخرى ، ليس لدى معظم الناس فرصة للنظر فيها بعناية!