و الكتلة هي خاصية فيزيائية مما يدل على كمية المادة التي تحتوي على الجسم أو الجسيم. بفضله يمكننا التفاعل مع بيئتنا ، وبغض النظر عن مدى صغر أو إهمال الذرات أو الجسيمات ، فإن التماسك بينها يضاعف آثارها حتى تصبح ملموسة.

جميع الكائنات لها كتلة مرتبطة ؛ بعضها خفيف أو عديم الوزن ، بينما البعض الآخر ضخم أو ضخم. تحمل الكتلة فيزيائيًا العديد من الأسرار ، بالإضافة إلى العديد من التعريفات المتشابكة. من ناحية أخرى ، من الناحية الكيميائية ، لا يعد الأمر أكثر من إجراء يجب أخذه في الاعتبار عند تنفيذ التوليفات الصناعية أو في التحليلات الجاذبية.

كتلة هذه السلحفاة الحجرية هي نفسها بغض النظر عن موقعها في الكون وقوة الجاذبية التي تتعرض لها. المصدر: fotoerich via Pixabay.

وبالمثل ، يختلف الأسلوب والصيغ المستخدمة لحساب الكتلة اعتمادًا على الظاهرة المدروسة (الجاذبية ، الكهرومغناطيسية ، القصور الذاتي ، الكم ، إلخ) ؛ ولكن في النهاية ، ستظل قيمته هي نفسها دائمًا ، لأنه ثابت في أي نقطة في الكون (ما لم يتم تحويل جزء إلى طاقة في هذه العملية).

الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات والذرات والجزيئات والكواكب والنجوم والمجرات لها قيمة كتلة تتكون من أنواع مختلفة من المادة. أين وكيف نشأت هي الأسئلة التي تكرس الفيزياء نفسها باستمرار للتحقيق في إجاباتها.

مفهوم

المواد الكيميائية

كيميائيًا ، الكتلة هي كمية المادة التي تمتلكها مادة أو مركب معين. ليس له أهمية أكبر من التركيز أو التعرف الجزيئي فيما يتعلق بالتفاعلات التحفيزية أو في تطوير المواد المسامية ؛ لكن نعم في أداء هذه التفاعلات بين الجزيئات وخصائصها الفيزيائية. في المختبر ، تُقاس الكتلة بميزان أو ميزان.

جسدي - بدني

على الرغم من أن المفهوم ماديًا هو نفسه من حيث المبدأ ، إلا أن نمط الكتلة له خصائص ملحوظة في جميع قوانينه. على سبيل المثال ، يتكون تعريفه وفقًا لقانون نيوتن الثاني ، من المقاومة التي يعارضها الجسم للخضوع للتسارع تحت تأثير القوة.

كلما زاد حجم هذا الجسم أو الجسم (الحوت) و "أثقله" ، زادت صعوبة تسريع هذا الجسم في اتجاه واحد في الفضاء. يحدث العكس مع الأجسام خفيفة الوزن (محفظة).

بالإضافة إلى ذلك ، تُفهم الكتلة على أنها مقياس لمدى تفاعل الجسم مع مجال الجاذبية ، ومدى قدرة الأول على تشويه الأخير. هذا هو المكان الذي يأتي فيه ما يُعرف بالوزن ، وهو الفرق في وزن الجسم نفسه على كواكب أو مناطق مختلفة من الكون.

الكتلة هي أيضًا نتيجة ، أكثر حاليًا ، للتفاعلات أو الصلات التي تختبرها الجسيمات في مجال هيغز الذي يحيط بالكون بأكمله.

خصائص العجين

تعتبر الكتلة خاصية واسعة النطاق ، لأنها تعتمد على كمية المادة ، والتي يتم التعبير عنها بوحدات الجرامات (g) أو الكيلوجرامات (kg). إنه ثابت طالما أنه لا يقترب من سرعة الضوء ، لذلك لا يهم حجم المجال (الجاذبية ، الإلكترونية ، المغناطيسية ، إلخ) الذي تجربه به.

بالإضافة إلى ذلك ، فهي كمية قياسية وواحدة من الكميات الأساسية السبع. تسمح الكتلة للمادة بالوجود على هذا النحو وتعرض جميع خصائصها التي تمت دراستها عن طريق التحليل الفيزيائي أو الكيميائي.

أصغر كتلة معروفة فيما يتعلق بالكيمياء هي كتلة الإلكترون (9.1 · 10 ^-31 كجم). يُفضل التعبير عن جميع الذرات بسبب كتلتها الصغيرة جدًا من حيث وحدات الكتلة الذرية (amu) ، والتي تساوي قيمها العددية الجرامات باستخدام مفهوم عدد Avogadro والمولات.

خصائص الكتلة في الكيمياء لا تفلت من التقليدي ؛ بينما في الفيزياء ، يمكن للنواة الذرية للمادة أن تتحلل وتطلق كميات هائلة من الطاقة ، مما يؤدي إلى عصيان قانون الحفاظ على الكتلة.

معادلة الكتلة وكيفية حسابها

جسديا

اعتمادًا على النظام والقوانين التي تحكمها ، يمكن حساب الكتلة من صيغ مختلفة. على سبيل المثال ، فيما يتعلق بالفيزياء النيوتونية ، تُحسب الكتلة عن طريق قياس التسارع الذي يكتسبه الجسم تحت قوة قابلة للقياس:

م = F / أ

معرفة الوزن والتسارع الناتج عن الجاذبية:

م = W / ز

أو الطاقة الحركية للجسم:

م = 2E _ج / ت ²

بديل آخر هو ببساطة معرفة كثافة الجسم بالإضافة إلى حجمه:

م = فولت

بهذه الطريقة ، تُحسب كتلة الجسم بسهولة عن طريق ضرب كثافتها في حجمها ، في حالة عدم إمكانية وضعها على مقياس.

كيميائيا

بقدر ما يتعلق الأمر بالكيمياء ، يتم تحديد الكتل دائمًا باستخدام ميزان بعد التجارب أو قبلها ؛ حتى عندما لا تكون هذه الجاذبية أساسًا.

ومع ذلك ، فمن الشائع جدًا حساب مقدار الكاشف الذي يجب وزنه على الميزان للحصول على كمية معينة من الشامات أو تركيز منه بمجرد إذابته في مذيب. نملك:

م = م / ن

حيث M هي الكتلة المولية ، م كتلة الأنواع ، و ن عدد المولات. ولكن من المعروف أيضًا أن المولارية هي:

ج = ن / الخامس

نظرًا لأن الحجم V من المحلول المراد تحضيره معروف ، بالإضافة إلى تركيزه c ، يتم حساب n واستبداله في صيغة الكتلة المولية للحصول على كتلة الكاشف المراد وزنه.

أمثلة

كتلة التيتانيوم

توجد عينة من التيتانيوم بحجم 23000 سم ³. مع العلم أن كثافته 4.506 جم / سم مكعب ، احسب كتلة هذه العينة.

معادلة الكثافة هي:

د = م / الخامس

حل الكتلة لدينا:

م = فولت

لذلك ما عليك سوى إجراء الحساب عن طريق استبدال المتغيرات للقيم المعطاة:

م = (4.506 جم / سم مكعب) (23000 سم ³)

= 103.638 جم أو 103.64 كجم

كتلة ثنائي كرومات البوتاسيوم

تريد تحضير 250 مل من محلول ثنائي كرومات البوتاسيوم K ₂ Cr ₂ O ₇ بتركيز 0.63 م (مول / لتر). احسب مقدار وزن K ₂ Cr ₂ O ₇ على الميزان. الكتلة المولية لـ K ₂ Cr ₂ O ₇ هي 294.185 جم / مول.

من الصيغة

ج = ن / الخامس

نزيل الشامات:

ن = ج الخامس

= (0.63 م) (0.250 لتر)

= 0.1575 مولود K ₂ Cr ₂ O ₇

بمعرفة المولات التي يجب أن تكون في تلك الـ 250 مليلترًا من المحلول ، باستخدام الكتلة المولية لـ K ₂ Cr ₂ O _{7 ،} يتم تحديد مقدار الكتلة التي تتوافق مع هذه الكمية من المادة:

م = م / ن

م = Mn

= (294.185 جم / مول) (0.1575 مول K ₂ Cr ₂ O ₇)

= 46.3341 جم

لذلك ، يتم وزن 46.3341 جرامًا من K ₂ Cr ₂ O ₇ على الميزان ، ثم يتم إذابته ونقله في مذيب خاص به إلى بالون سعة 250 مل ليتم تصنيعه أخيرًا بالماء.

كتلة كواكب المجموعة الشمسية

• عطارد (كوكب): 3.302 × 10-23 كجم.
• الزهرة (كوكب): 4.8685 × 10-24 كجم.
• الأرض (الكوكب): 5 ، 9736 × 10-24 كجم.
• المريخ (كوكب): 6.4185 × 10-23 كجم.
• كوكب المشتري (كوكب): 1.899 × 10-27 كجم.
• زحل (كوكب): 5.6846 × 10-26 كجم.
• أورانوس (كوكب): 8.6832 × 10-25 كجم.
• نبتون (كوكب): 1.0243 × 10-26 كجم.
• بلوتو (كوكب قزم): 1،305 +/- 0،0007 x 10ˆ22 كجم.

كتلة بعض أقمار النظام الشمسي

• القمر: 7.349 × 10-22 كجم.
• جانيميد: 1482 × 10-23 كجم.
• Io: 8.94 × 10-22 كجم.
• يوروبا (قمر المشتري): 4.80 × 10-22 كجم.
• تيتان: 1.345 × 10-23 كجم.
• ريا: 2.3166 × 10-21 كجم.
• Iapetus: 1.9739 × 1021 كجم.
• هايبريون: 1.08 × 10-19 كجم.
• إنكالادوس: 1.08 × 10-20 كجم.
• ميماس: 3.752 × 10-19 كجم.
• اريال: 1.35 × 10-21 كجم.
• تيتانيا: 3526 × 10-21 كجم.
• أوبيرون: 3.014 × 10-21 كجم.

كتلة من الدعاوى

• بدلة الغواص: حوالي 20 كجم.
• بدلة رجال الإطفاء: بين 10 كغم و 25 كغم.
• بدلة رائد فضاء: 130 كجم.

كتلة أدوات النجارة

• المطرقة: بين 600 جرام و 2 كجم.
• الجير: 100 غرام.
• المنشار اليدوي: بين 500 غرام و 1 كيلوغرام.
• كماشة: 500 غرام.

كتلة الكرة

• كرة اليد: 450 غرام.
• كرة الكرة الطائرة: 275 غرام.
• كرة السلة: 600 غرام.
• كرة القدم: 400 غرام.

كتلة بعض الأعمال المعمارية

• هرم خوفو: 5750000 طن.
• برج بيزا المائل: 14.700 طن.
• برج إيفل: 7300 طن.
• تمثال الحرية: 225 طنًا.

متوسط ​​كتلة البشر

• الأطفال حديثو الولادة: 3، 4 كجم.
• طفل عمره 5 سنوات: 18 كجم.
• فتاة عمرها 5 سنوات: 17 كجم.
• 15 سنة: 47 كغم.
• فتاة عمرها 15 سنة: 45 كغم.
• رجل عمره 30 سنة: 73 كغم.
• - امرأة عمرها 30 سنة: 58 كجم.

متوسط ​​كتلة الآلات الموسيقية

• جيتار أكوستيك: 2.5 كجم.
• جيتار كهربائي: 3 كجم.
• الكمان: بين 440 و 500 غ.
• الكمان: بين 4 كجم و 8 كجم
• جراند بيانو: بين 400 كجم و 650 كجم.
• بيبي جراند بيانو: بين 220 كجم و 350 كجم.

متوسط ​​كتلة الأجهزة الإلكترونية

• كاميرا (غير احترافية): بين 150 غرام و 250 غرام.
• الخلية: 100 غرام.
• الميكروويف: 16 كجم.
• الكمبيوتر المحمول: بين 1.5 كجم و 3 كجم.
• التلفاز: بين 12 كجم و 30 كجم.
• الغسالة: ما بين 70 كجم و 100 كجم.

متوسط ​​كتلة وسائل النقل

• الحافلة: بين 11400 كجم و 18100 كجم.
• السيارات: بين 1000 كجم و 1300 كجم.
• الطائرة: 178.750 كجم (فارغة) و 397000 كجم (ممتلئة)
• الدراجة: بين 6 كجم و 7 كجم.
• دراجة نارية: بين 80 كجم و 93 كجم.
• لوح التزلج: بين 900 جرام و 1500 كجم.
• القطار: بين 40 و 100 طن.

متوسط ​​كتلة الملابس

• تي شيرت: 180 غرام.
• الجينز: بين 450 غرام و 550 غرام.
• سترة: 350 غرام.
• الأحذية الرسمية: بين 1 كجم و 1.3 كجم
• النعال: 250 غرام.
• الأحذية القصيرة: 400 غرام.
• الأحذية الجلدية: 1500 غرام.
• الحزام: 60 غرام.
• الجوارب: 10 غرام.
• كيس من الصوف: 600 غرام.
• معطف الشتاء: 800 غرام.
• السترة: 500 غرام.
• طماق: 300 غرام.

متوسط ​​كتلة بعض الفاكهة

• الليمون: 40 غرام.
• المانجو: 200 غرام
• البرتقال: 125 غرام
• الخوخ: 100 غرام.
• موز: 150 غرام.
• التفاح: 180 جرام
• الكمثرى: 180 غرام.
• الطماطم: 150 غرام.

متوسط ​​كتلة بعض الخضروات

• الجزر: 80 غرام
• الشمندر: 60 غرام.
• البطاطا: 150 غرام.
• البصل: 100 غرام.

متوسط ​​كتلة بعض الكلاب

• - بلدغ: بين 18 و 25 كجم.
• القلطي: 15 كجم
• صلصال كارلينو: بين 6.3 كجم و 10.5 كجم.
• Cocker Spanish: بين 12 كجم و 16 كجم.
• الدلماسي: بين 16 كجم و 32 كجم.
• الراعي الألماني: بين 22 كجم و 40 كجم.
• الذئب السيبيري: يتراوح وزنه بين 16 كجم و 27 كجم.
• الشيواوا: بين 1.5 و 3 كجم.