كيفية حساب الكتلة؟

عندما ندخل السوبر ماركت، ونشتري بعض مستلزماتنا التي نحتاجها، ربما نشتري أوزانًا كثيرة متماثلة من تلك الأغراض التي نحتاجها، فيمكن أن نشتري واحد كيلو من كل صنف من خمسة أصناف، وهنا نلاحظ الفارق، عندما يقوم عامل السوبر ماركت بتعبئة تلك الأغراض في الأكياس المعدة لذلك، فسوف نلاحظ أن غرضًا منهم لم يتعدّ قبضة اليد داخل الكيس، وهناك غرض آخر يستوعبه الكيس بالكاد، بالرغم من أنهما متساويان في الوحدة- واحد كيلو لكل منهما- وحجم الكيس واحد أيضًا، فإن هذا الفارق في الحجم يرجع إلى الكتلة، وهي موضوع مقالنا فتابعونا.

المادة وتكوينها الداخليّ

أينما نظرنا حولنا نجد المادة في كل جانب؛ فهي تكون ذات شكل ومظهر خارجيّ محدد، إذا كانت صلبة، وتكون متغيّرة الشكل، أو تأخذ شكل الإناء الذي توضع فيه إذا كانت سائلة، بينما تكون لا شكل لها إذا كانت غازية.

فإذا أخذنا عينة من كل مادة من تلك المواد على مختلف صنوفها، ووضعناها تحت المجهر، فسوف نلاحظ اختلافًا كبيرًا بين كل عينّة وأخرى، من حيث شكل الشبكة الجزيئيّة لتركيب تلك المادة، وإذا قمنا بتحليل تلك الجزيئات إلى ما هو أدقّ- إلى تركيبها الذري- فسوف نلاحظ اختلافًا كبيرًا للتركيب الذري لتلك المواد في مظهرين، وهما:

الأول: اتّساع الشبكة الجزيئيّة لبعض المواد؛ مما يؤدي إلى كبر حجم الوحدة منها، وعلى العكس ضيقها بالنسبة للمواد الأخرى؛ مما يؤدي صغر حجم الوحدة منها.

الثاني: انخفاض الثقل الذري للمواد ذات الشبكة الجزيئيّة الواسعة، وزيادتها بالنسبة للمواد ذات الشبكة الجزيئيّة الأضيق، وعليه يترتب احتواء وحدة الحجوم من المادة.   

مقدار ما تحتويه وحدة الحجوم من مادة

في ضوء المظهرين السابقين، إذا أخذنا معيارًا ثابتًا من وحدة الحجوم من مادتين مختلفتين، فسوف نجد أن معيار وحدة الحجوم، الذي أُخذ من المادة ذات الشبكة الجزيئيّة الأوسع، يحتوي على كميّة مادة أقلّ، بينما المعيار الذي أُخذ من المادة ذات الشبكة الجزيئيّة الأضيق، يحتوي على كميّة مادة أكثر.

 فالعلاقة بين حجم الشبكة الجزيئيّة، وكميّة المادة علاقة عكسيّة، فالمادة تزيد أكثر وأكثر داخل الوحدة المعيارية لوحدة الحجوم، كلما كان شكل الشبكة لجزيئيّة للمادة أضيق، وأضيق.

الكتلة والمادة

لاحظنا مما سبق أن معيار وحدة الحجوم المأخوذ من المادة، يحتوي على كميّة مادة وفقًا لشكل الشبكة الجزيئية لتلك المادة، وهذا ما يعبر عنه بالكتلة، فكتلة المادة تعني مقدار ما تحتويه وحدة الحجوم من تلك المادة، وهذا ما يعني أن الكتلة مرتبطة بما يحتويه الحجم من مادة، فكلما زادت المادة داخل وحدة الحجوم، كلما زادت الكتلة، والعكس صحيح.

 ومن هذا يتضح لنا أن كتلة المادة ثابتة لا تتغير بتغير المكان، فكتلة المادة على الأرض هي نفس كتلتها على سطح القمر، والسبب بسيط، أن الحجم لا يتغير بتغير المكان، وبالتالي سيظل ما يحتويه الحجم من مادة، ثابت لايتغير بتغير المكان.

الوزن والكتلة

وعلى هذا فقد اتضحت لنا ماهيّة الكتلة، وعلاقتها بالحجم، ويبقى لنا معرفة ماهيّة العلاقة بين الكتلة والوزن، وذلك ما يمكن إيضاحه كالتالي:

 من المعلوم فيزيائيًّا أن هناك جاذبية للكرة الأرضية، تبلغ 9.8 كجم/ث2، أو نيوتن/ث2، أي أن الأرض تجذب الأشياء الساقطة عليها سقوطًا حرًّا بما يعادل 9.8كجم/ث2، وبالتالي فإن:

 وزن الجسم = كتلة الجسم × 9.8 (عجلة الجاذبية الأرضية)، وعليه فإن وزن الجسم يختلف من مكان لآخر، حسب عجلة جاذبية ذلك المكان، كالأرض والقمر، حيث أن جاذبية القمر تساوي سدس جاذبية الأرض.

حساب الكتلة

بعدما تعرّفنا على الكتلة وعلاقتها بالحجم، وكذلك بالوزن، سوف نتعرّف على كيفية حساب تلك الكتلة، على النحو الآتي:

كتلة الجسم = الوزن ÷ (عجلة جاذبية المكان)، أي أن كتلة الجسم على سطح القمر، بمعلوميّة وزنه على سطح الأرض هي:

كتلة الجسم على الأرض = الوزن ÷ 9.8 = ص نيوتن/ث2.

كتلة الجسم على القمر = كتلته على الأرض/6.

أي أن كتلة الجسم على القمر = ص/ 6 نيوتن/ ث2.

وتعتبر معرفة الوزن والكتلة للمادة، على الأهمية بمكان، في التطبيقات الفيزيائيّة الحياتيّة، ويظهر هذا جليًا في ارتداء رواد الفضاء بدل ذات أثقال، وهم على سطح القمر، وصناعة الطائرات من مواد ذات كتلة أقلّ، وغيرها من التطبيقات العمليّة الهامّة.