وحدة قياس الكتلة

وحدة قياس الكتلة الجديدة

سيُودع العالم في 20 مايو من العام المقبل، الكيلوغرام كوحدة للقياس والتي خدمت الإنسانية على مدى 130 عاما الماضية.

ويُعتبر الكيلوغرام أحد الأساسيات السبع في النظام الدولي للوحدات، والتي تضمن الإستقرار في التعاملات التجارية والإبتكارات العلمية، وهذه الوحدات هي: الكيلوغرام والمتر والثانية والمول والإمبير والكلفن والشمعة.

ويُعد الكيلوغرام الوحدة الوحيدة من ضمن السبع وحدات المُستنبطة من جسم مادي،  ويتكون هذا الجسم من معدنين البلاتين والإيريديوم.

ونظرا لأهمية هذه الوحدة في التعاملات  المختلفة للإنسان، فقد حدد العلماء نموذجا أوليا لهذه الوحدة، وهي عبارة عن أسطوانة معدنية، ووضعوها داخل قبو المكتب الدولي للأوزان والمقاييس في “سيفر” بفرنسا منذ سنة 1898، وتخضع هذه الكتلة لحراسة مشددة وعناية بالغة.

تبيّن للعلماء مؤخرا حدوث تغيير على كتلة هذه الأسطوانة المخبأة، بسبب إلتقاطها لجزيئات صغيرة، تبين لهم أن هذا التغيير وإن كان يبدو بسيطا إلا أنه سيشكل خطرا كبيرا في قياس الأوزان خصوصا بالنسبة للمجالات الدقيقة كالطب وعلم الفضاء، وهذا ما دفع بهم إلى ابتكار بديل آخر لوحدة الكيلوغرام المعدنية بوحدة جديدة تحت مُسمى “ثابت بلانك”.

فوحدة القياس الجديدة “ثابت بلانك” المبتكرة، هي عبارة عن قيمة حسابية ثابثة وليست جسما ماديا عكس “الكيلوغرام”.

وحدة قياس الكتلة في النظام الدولي

إنَّ لجميع الكميات الفيزيائية -سواء كانت كميات قياسية أم متجهة- وحدة اتفق عليها العلماء للتعبير عن هذه الكميّات، فقد اتفق العلماء على أنَّ وحدة قياس الكتلة في النظام العالمي هي الكيلوغرام، ولكن هنالك وحدات أخرى تستخدم حسب التجربة أو الكميّة الفيزيائية التي يمكن قياسها، ومن هذه الوحدات:

• الكيلوغرام: تُعتبر هذه الوحدة من أشهر الوحدات المستخدمة عالميّاً؛ حيثُ وضع العلماء كتلة معياريّة مُتّفَق عليها للتعبير عن وحدة الكيلوغرام، وتُستخدم هذه الوحدة في قياس الكتل الكبيرة نسبياً مثل كتلة جسم الإنسان، والخضروات، والسيارات، وغيرها.
• الغرام: إن وحدة الغرام من الوحدات المشتقة من الكيلوغرام؛ حيثُ كل كيلوغرام واحد يعادل ألف غرام.
• المليغرام: تعتبر من أصغر الوحدات المشتقة لقياس الكتلة؛ حيثُ تستخدم في التجارب العلمية الصغيرة جداً.

وحدة قياس الوزن

وحدات قياس الوزن يتم قياس وحدات الوزن بعدة وحدات وهي كما يلي:

• نيوتن؛ سميت هذه الوحدة بهذا الاسم نسبةً غلى العالم الفيزيائي الشهير إسحاق نيوتن وهو مكتشف الجاذبية الأرضية، ويُعبر النيوتن عن مقدار قوة جذب الأرض للأجسام الواقعة عليها، والتي تساوي 100 غرام.
• الأوقية: تُساوي 28 غراماً.
• الرطل: يُساوي 450 غراماً.
• القيراط: يساوي 0.177 غراماً، أي ما يقارب وزن 4 حبّات من شعير، ووزن حبّة من الشعير يساوي تقريباً 0.049 غراماً.

بحث عن الكتلة

تعريف الكتلة

يُعبّر مصطلح الكتلة عن كميّة المادّة المكوّنة للجسم، وهي كمّية دون أبعاد يُمكن من خلالها تحديد مدى مُقاومة الجسم للقوّة المؤثرة عليه، وقدرته على منع التغيّر في اتّجاهه أو سرعته عند تأثيرها عليه، وقد تطرّق العالم نيوتن لموضوع الكتلة في قوانينه وقال: الكتلة الثّابتة تبقى ثابتة، والكتلة المُتحركة بسرعة ثابتة واتّجاه ثابت تبقى على حالها ما لم تتأثّر بقوّة خارجيّة.

قياس الكتلة

تُستخدم العديد من الموازين والمقاييس لقياس الكتلة، ويُعد الميزان الثّلاثيّ الأذرع أحد تلك الأدوات الأكثر استخداماً، والذي يعود اسمه إلى أذرعه الثلاثة التي يمتلكها والتي يمكن نقل الكتل المعروفة على طولها، بالإضافة إلى العديد من الموازين الأخرى التي تُستخدم لقياس الكتل الصغيرة جداً،[٢] وتعتبر وحدة الكيلوغرام الوحدة الأساسيّة لقياس الكتلة في النّظام الدولي للوحدات (SI)، وتُستخدم وحدات أخرى عند الحاجة للتّعبير عن الكتل الصغيرة أو الكبيرة، ومن هذه الوحدات مايلي: الطّن، والغرام، والمليغرام، والميكروغرام، والنانوغرام، والبيكوغرام.

الفرق بين الكتلة والوزن

على الرّغم من الخلط في بعض الأحيان بين مفهوميّ الكتلة والوزن، إلّا أنهما يعبّران عن معنيين مُختلفين؛ حيث تعبر الكتلة عن خاصّيّة أساسيّة وثابتة للأجسام، بينما يعبّر الوزن عن قوّة الجاذبيّة المؤثّرة على الجسم، والتي يمكن حسابها من خلال ضرب الكتلة في ثابت تسارع الجاذبيّة الأرضيّة، والتعبير عنها باستخدام القانون الآتي: الوزن = الكتلة×تسارع الجاذبيّة الأرضيّة، ومن الجدير بالذكر أن وحدة قياس الوزن هي نيوتن حسب النظام الدّولي للوحدات (SI)، ووزن كتلة مقدارها 1 كغ هو 9.8 نيوتن في الظروف المعياريّة، ويعد الباوند وحدة قياس القوّة والوزن في الولايات المُتّحدة، وتُستخدم هذه الوحدة في التّجارة على نطاق واسع. يعتمد الوزن الملموس أو الحقيقي في الأساس على وجود جسم داعم للجسم كالأرض، أو الكرسي، أو ما شابه، وعند إزالة هذا الجسم الداعم فإن الجسم يبدأ الهبوط في حالة من السّقوط الحُر تُسمّى بحالة انعدام الوزن، مثل وضعية التواجد في في مدار فلكي، أو انقطاع سلك المصعد، وغير ذلك من الحالات.

كيفية قياس الكتلة

يعتبر الغرام هو الوحدة الأساسيّة والرسمية لقياس الكتلة، ومثال ذلك فقد يكون المشبك الورقي كتلته غرام، ولتر من الماء كتلته كيلوغرام وهكذا، وعقد مؤتمر للبحث في وحدات القياس المختلفة وتوحيدها في عام 1960م، ومن أهم نتائج هذا المؤتمر كان اعتماد وحدة نيوتن لقياس الوزن، والغرام لقياس الكتلة، ووحدات القياس الرسميّة هي كالتالي:

• الطن: يعادل مليون غرام.
• الكيلوغرام: يعادل ألف غرام.
• الغرام: يعادل غراماً واحداً.
• الديسيغرام: يعادل 0.1 غرام.
• السنتيغرام: يعادل 0.01 غرام.
• الملليغرام: يعادل 0.001 غرام.

وحدات القياس

القياس: هي مُقارنة بين شيئين أو أكثر، كمقارنة طول شخصين، حيث يُقاس طول كل شخص باستخدام الأداة المناسبة، ليُبنى بعدها الحُكم حول أيهما أطول من الآخر. أما وحدات القياس: فهي تُحوّل ما تم مقارنته إلى كميات معروفة، ومن أمثلة الكميات المُراد قياسها ما يأتي: النقد، والوقت، والطول والكتلة، والقوة، والحجم، والحرارة، وأيضاً الضغط، والطاقة.

الكتلة والوزن

الكتلة

نتعامل مع الكتلة بشكل يومي فهي تدخل في كثير من المجالات سواء كانت علمية أو تجارية أو حتى في المنزل، حيث نتعامل معها عندما نقوم ببعض التجارب مثل تجارب التصادمات والبندول البسيط وغيرها من التجارب العلمية، وأيضاً نتستخدم مفهوم الكتلة في التعبير عن كتلة المواد الغذائية والصحية وغيرها من الأمور التجارية، فالكتلة هي عبارة عن كمية فيزيائية قياسية (الكمية القياسية نعبر عنها بمقدار ووحدة) تعبر عن مقدار ما يحتويه الجسم من مادة ولا يختلف مقدارها من مكان إلى آخر، فإذا كانت كتلة إنسان على سطح الكرة الأرضية يساوي ثمانين كيلوغراماً فإن كتلته على سطح القمر تبقى كما هي فلا تتأثر بسبب اختلاف الموقع، وتقاس الكتلة في النظام الدولي بوحدة الكيلوغرام وفي النظام الأمريكي بوحدة الباوند بينما في النظام الإنجليزي فهي مشهورة بوحدة الصلج.

ولحساب مقدار كتلة الأجسام هنالك عدد من الطرق المختلفة حيث نستطيع إيجاد كتلة أي جسم باستخدام الأجهزة المختلفة، مثل الميزان ذي الكفتين والميزان الإلكتروني أو الميزان النابضي وغيرها من الطرق، أما من ناحية نظرية نستطيع حساب كتلة المواد باستخدام المعادلات التالية:

• الكثافة تساوي كتلة المادة على حجم المادة (الكثافة = الكتلة / الحجم).
• عدد المولات تساوي كتلة المادة على الكتلة المولية (عدد المولات = الكتلة / الكتلة المولية).

الوزن

يختلف الوزن عن الكتلة في أنّ الوزن عبارة عن كمية فيزيائية متجهة تعبر عن مقدار قوة جذب الأرض للأجسام المختلفة نحوها، ويكون اتجاه هذه الأوزان نحو مركز الأرض حيث تختلف أوزان الأجسام من مكان إلى آخر فمثلاً وزن الإنسان على سطح الأرض يكون أكبر من وزنه على سطح القمر وبينما يكون في حالة انعدام وزن في الفضاء الخارجي، ويقاس الوزن بوحدة النيوتن والتي تعادل كيلوغرام في متر لكل ثانية تربيع، ولحساب وزن الأجسام نستخدم العلاقة التي أوجدها العالم نيوتن والتي تنص على أن وزن أي جسم يساوي كتلة هذا الجسم بالكيلوغرام في تسارع الجاذبية الأرضية (الوزن = الكتلة X تسارع الجاذبية الأرضية).

ادوات قياس الكتلة والوزن قديما وحديثا

الميزان أي آلة تستعمل لقياس الكتلة، ووزن الشيء أو ثقله، فالتوازن في الميزان من باب تساوي الثقل في كلا الكفتين للميزان،، وللأوزان قياسات منوعة حسب البلدان، وتستعمل الموازين في الأعمال التجارية والعملية لتحديد أوزان أثقال تتراوح بين المواد الخفيفة جدًا مثل الأدوية، والمواد الثّقيلة جدًا مثل عربات السكة الحديدية التي يصل وزنها إلى عدّْة أطنان. وهناك ثلاثة أنواع من الموازين. وحسب تطورها التاريخي تأتي أولاً الموازين التقليدية، ثم الموازين الميكانيكية، فالموازين الإلكترونية.

الكتلة
لقياس كتلة جسم يستعمل الميزان والكتل المعلمة . فهي مقدار ثابت تمثل كمية المادة المكونة للجسم . (وهي متساولة على جميع الكواكب أما الوزن فهو يختلف بحسب جاذبية الكوكب)، فالكيلوجرام على القمر يزن 1/6 وزنه على الأرض لاختلاف الجاذبية عليهما ).
يدعى جهاز قياس الكتلة ميزان، وتدعى أجسام قياس الكتلة العيارات.
هنالك موازين حساسة لكتل صغيرة 1 غرام هنالك موازين حساسة لكتل صغيرة جدا 0.1 غرام مثلا هنالك موازين حساسة لكتل أكبر 1 كيلوغرام مثلا
يجب ملاءمة كمية المادة التي نود قياس كتلتها للميزان الملائم. مثال لا ينفع استخدام الميزان الموجود عند بائع الخضار لقياس كتلة الذهب والعكس.
الوحدة العالمية للكتلة هي الكيلوغرام ويرمز لها ب kg وحدات قياس الكتلة هي: غرام، كيلوغرام .

أنواع الموازين
ميزان روماني
طوره الرومان قبل حوالي ألفي عام. ويستخدم هذا النوع من الموازين وزنًا صغيرًا لقياس أوزان أثقال كبيرة.

الميزان ذو الذراع
ميزان زنبركي بسيط.  مزود بموازن لبيان وزن الثقل. ويتحرك الموازن على طول الذراع حتى يزن الثقل، وتوجد علامات على الذراع لتحديد الوزن.

الميزان الزنبركي
يُستعمل في هذا النوع زنبرك واحد أو أكثر لقياس وزن الثقل الذي يوضع في كفة أو منصة. ويحرك وزن الثقل كل زنبرك فيطول الزنبرك أو يضغط، وبالتالي يتحرك مؤشر قياس الوزن ليحدد الوزن أوتوماتكيًا.

الميزان بمؤشر
يستعمل قرصاً مدرجاً به مؤشر لتحديد الوزن. ويميل المؤشر إلى جهة واحدة ليزن الثِّقل الموضوع على المنصة، وتدور إبرة في المؤشر على القرص المدرج لبيان الوزن .

ميزان رقمي حساس
أُدخِلَت تِجاريّاً لأول مرة في الخمسينيات من القرن العشرين، ولمعظم الموازين الإلكترونية جهاز يسمى خلية قياس جهد الثقل. ويقيس هذا الجهاز القوة التي يحدثها ثقل الحمل الموضوع في الميزان.

الميزان المائي
الميزان المائي أداة يستعملها النجَّارون والسبَّاكون وعمال البناء الآخرون، لتحديد ما إذا كان سطح جسم ما أفقيًا مستويًا أو غير ذلك.

الميزان المئوي
هو جزء من نظام القياس المتري. يستخدمه الناس والعلماء في جميع أرجاء العالم لقياس درجة الحرارة. ووفقًا للميزان المئوي فإن درجة الحرارة صفر هي درجة تجمد الماء، ومائة هي درجة الغليان. ويقَسّم الميزان الي مائة جزء متساوية بين هاتين النقطتين المحددتين.

الميزان الجسري
ميزان لقياس وزن وحمولة السيارات والشاحنات.