Week 9 · Lesson 3 Gravitational Forces: contact and field forces, Earth’s gravitational field, mutual attraction, tides, orbits, mass and weight · 3 lessons
3
الكتلة ليست وزنًا
Science Prep 1 Term 1, Unit 2: pp. 47–54
الهدفأميّز الكتلة من الوزن، وأستعمل العلاقة الوزن = الكتلة × g بأعداد صغيرة.
كلمات جديدة
الكتلة · كمية المادة في الجسم وتُقاس بالكيلوجرامالوزن · قوة جذب الجاذبية للجسم وتُقاس بالنيوتنg · جذب الجاذبية لكل كيلوجرام: نحو ١٠ N/kg على الأرض
الشرح
الكتلة هي كمية المادة في الجسم. وتُقاس بالكيلوجرام وهي نفسها في كل مكان. أما الوزن فهو قوة جذب الجاذبية لهذه الكتلة. ويُقاس بالنيوتن ويتغير من مكان إلى آخر. والقاعدة: الوزن = الكتلة × g. وقرب سطح الأرض تساوي g نحو ١٠ N/kg (والقيمة الدقيقة ٩٫٨)، فجسم كتلته ٣ kg يزن نحو ٣ × ١٠ = ٣٠ N. وعلى القمر تكون g سدس قيمتها على الأرض، فيزن الجسم نفسه أقل بكثير، لكن كتلته ما زالت ٣ kg. وكلما ارتفعنا فوق الأرض صغرت g قليلًا. ورواد الفضاء في المدار ليسوا خارج الجاذبية: ففي ارتفاع محطة الفضاء ما زالت الجاذبية نحو تسعة أعشار قوتها عند سطح الأرض. وهم يطفون لأنهم والمحطة يسقطون معًا حول الأرض، فيشعرون بوزن ظاهري صغير جدًا يسمى الجاذبية الصغرى.
أمثلة محلولة
كتلة حقيبة مدرسية ٢ kg. ووزنها على الأرض ٢ × ١٠ = ٢٠ N، وهذا ما يبيّنه الميزان الزنبركي. وعلى القمر ستبقى كتلتها ٢ kg لكن وزنها يصير نحو ٢٠ ÷ ٦ أي نحو ٣ N.
المكان
الكتلة
الوزن
الأرض
٦٠ kg
٦٠٠ N
القمر
٦٠ kg
١٠٠ N
كتلة شخص ٦٠ kg. وزنه على الأرض ٦٠ × ١٠ = ٦٠٠ N. وعلى القمر، حيث g نحو ١٠ ÷ ٦ N/kg، يكون وزنه نحو ١٠٠ N. والكتلة ٦٠ kg في المكانين.
يبيّن ميزان المطبخ ٥٠٠ g لكيس برتقال. إنه يعطي الكتلة بالجرام مع أنه يحس في الحقيقة بجذب الجاذبية. وكتلتها ٠٫٥ kg ستبقى نفسها على القمر.
نشاط الفصل
ميزان الشريط المطاطي مع أحد الكبار. علّق شريطًا مطاطيًا من خطاف وألصق مسطرة بجانبه. علّق حلقات معدنية أو عملات في كيس صغير من الشريط. أضف حلقة واحدة في كل مرة وقِس الاستطالة. ارسم جدولًا: كلما زاد الوزن زادت الاستطالة. ثم زِن بعض الفاكهة على ميزان مطبخ وقل هل يبيّن الميزان الكتلة أم الوزن.
تدرّب
1
جسم كتلته ٤ kg على الأرض (g = ١٠ N/kg). ما وزنه؟
٤ × ١٠ = ٤٠ N.
2
جسم وزنه ٩٠ N على الأرض. ما كتلته؟
٩٠ ÷ ١٠ = ٩ kg.
3
ماذا يحدث لكتلة صخرة إذا نُقلت إلى القمر؟
تبقى كما هي. الوزن فقط هو الذي يتغير.
4
لماذا يبدو رواد الفضاء في المدار طافين؟
لأنهم يسقطون حول الأرض فيشعرون بوزن ظاهري صغير جدًا مع أن الجاذبية ما زالت تعمل.