وزن الأجسام - السقوط الحرّ للأجسام
وزن الأجسام - السقوط الحرّ للأجسام
أن يتعرف المتعلم على وزن الأجسام وعلى السقوط الحرّ للأجسام.
كتلة الجسم:
الكتلة هي مقدار فيزيائي يميز وفرة المادة التي يحويها الجسم كما يمكن تعريفها من خلال العطالة التي يصدّ بها الجسم كل محاولة لتغيير حالته الحركية.
والكتلة تمتاز بثباتها فهي لا تتغير بتغير موقع الجسم. تقاس الكتلة باعتماد وحدة عالمية هي الكيلوغرام وباستعمال الميزان الذي يمكن من المقارنة بين الكتل وتدعو الحاجة أحيانا إلى استعمال أجزاء الكغ ومضاعفاته في عملية الوزن.
الموازين المستعملة سابقا وحاضرا:
1 - يمثل الرسم التالي تخطيطا لميزان من عمل البيروتي مأخوذ من كتاب (ميزان الحكمة) للخازتي.
2 – الميزان الروماني:
يحدد العاتق الأفقي في هذا الميزان موقع التوازن بحيث يكون الميزان متوازنا دون وضع أية حمولة في الكفة إذا كانت المزلقة في موقع الصفر.
أما إذا وضعت في الكفة حمولة ما فإنه لإعادة توازن الميزان لا بد من إزاحة المزلقة من مكانها ووضعها في المكان. الذي يعيد للميزان توازنه وبذلك تقرأ كتلة الجسم بقراءة التأشيرة التي حددتها المزلقة من جديد.
3 - الميزان الأتوماتيكي:
إن كلا من ميزان الرسائل والميزان الأتوماتيكي يعملان بنفس المبدأ وذلك بإزاحة جسم ذي كتلة ثابتة.
4 - الميزان الراسم:
يستعمل الميزان الراسم في المخابر أو في التجارة وهي نوع من الموازين الدقيقة والتي أصبحت توجد في بعض الأحيان مصحوبة بجهاز إلكتروني يسمح بإعطاء ثمن الجسم إلى جانب كتلته انطلاقا من ثمن الكيلوغرام.
تسلط الأرض على كل الأجسام التي توجد بجوارها قوة تسمى بالجاذبية الأرضية أو وزن الجسم ويرمز لها بالرمز:
مميزات وزن الجسم:
أ - إذا علّق الجسم بخيط مثبت من طرفه الآخر ويترك لحاله فان الخيط يأخذ استقامة عمودية على سطح الماء الساكن ونسمي هذه الاستقامة المنحى الشاقولي.
وإذا وضعنا قطعة من الطباشير على سطح أفقي وفي النقطة التي يمر منها المنحى الشاقولي فبمجرد سقوط الجسم بحرق طرف الخيط فإنه يسقط وفق هذه الاستقامة ليكسر قطعة الطباشير وبهذا يكون منحى الثقل شاقوليا.
ب - اتجاه الوزن:
كل الأجسام التي تسقط سقوطا حرا تأخذ المنحى الشاقولي وتتجه نحو الأرض مباشرة لذا فإن اتجاه الوزن هو من الأعلى إلى الأسفل دائما.
ج - قيمة الوزن:
الوزن مقدار مقيس وتحسب قيمته بالنيوتين في النظام ا لدولي للوحدات وهذه القيمة يمكن أن يتم تعيينها
بواسطة ا لدينامومتر.
د - نقطة تأثير الوزن:
يؤثر الثقل في نقطة تسمى مركز وزن الجسم ويمكن تعيينها تجريبيا وعادة ما تكون مطابقة لمركز عطالة الجسم.
تغير مقدار الوزن
الجاذبية الأرضية صفة مميزة تكسبها الأرض لنقاط الفضاء المحيط بها بحيث إذا وضعت كتلة في هذا الفضاء فهي تكتسب ثقلا.
والجاذبية الأرضية تناقص كلما ابتعدنا عن الأرض (تضعف جاذبية الأرضي بالابتعاد عنها كما يضعف أثر الحرارة بالابتعاد عن مصدرها وكذلك الشأن بالنسبة إلى المسمار كلما أبعدناه عن المغنط) ويمكن ملاحظة ذلك من خلال الأمثلة التالية:
- رواد الفضاء داخل المركبة الفضائية على سطح الأرض يحدون
الأجهزة التي يحملونها ثقيلة، لكن بعد انطلاق المركبة إلى الفضاء فهم يشعرون بتناقض ثقل تلك الأجهزة بازدياد الابتعاد عن الأرض نتيجة تناقص الجاذبية الأرضية، وهو ما يمكنهم من الحركة بسهولة والسباحة في الفضاء دون الخشية من السقوط أو سقوط أمتعتهم على الأرض كما يحدث ذلك بجوارها.
ففي الفضاء العالي تضعف الجاذبية الأرضية فيضعف الوزن (دون تغير الكتلة التي تبقى ثابتة).
- عندما نزل رواد الفضاء على سطح القمر لاحظنا أنهم يبذلون جهدا أقل مما يبذلونه على سطح الأرض للتحرك ولحمل أجهزتهم لأن جانبية القمر أقل من الجاذبية الأرضية إذ تساوي سدس جاذبية الأرض.
والكتلة تمتاز بثباتها فهي لا تتغير بتغير موقع الجسم. تقاس الكتلة باعتماد وحدة عالمية هي الكيلوغرام وباستعمال الميزان الذي يمكن من المقارنة بين الكتل وتدعو الحاجة أحيانا إلى استعمال أجزاء الكغ ومضاعفاته في عملية الوزن.
1 - يمثل الرسم التالي تخطيطا لميزان من عمل البيروتي مأخوذ من كتاب (ميزان الحكمة) للخازتي.
يحدد العاتق الأفقي في هذا الميزان موقع التوازن بحيث يكون الميزان متوازنا دون وضع أية حمولة في الكفة إذا كانت المزلقة في موقع الصفر.
أما إذا وضعت في الكفة حمولة ما فإنه لإعادة توازن الميزان لا بد من إزاحة المزلقة من مكانها ووضعها في المكان. الذي يعيد للميزان توازنه وبذلك تقرأ كتلة الجسم بقراءة التأشيرة التي حددتها المزلقة من جديد.
إن كلا من ميزان الرسائل والميزان الأتوماتيكي يعملان بنفس المبدأ وذلك بإزاحة جسم ذي كتلة ثابتة.
4 - الميزان الراسم:
يستعمل الميزان الراسم في المخابر أو في التجارة وهي نوع من الموازين الدقيقة والتي أصبحت توجد في بعض الأحيان مصحوبة بجهاز إلكتروني يسمح بإعطاء ثمن الجسم إلى جانب كتلته انطلاقا من ثمن الكيلوغرام.
أ - إذا علّق الجسم بخيط مثبت من طرفه الآخر ويترك لحاله فان الخيط يأخذ استقامة عمودية على سطح الماء الساكن ونسمي هذه الاستقامة المنحى الشاقولي.
كل الأجسام التي تسقط سقوطا حرا تأخذ المنحى الشاقولي وتتجه نحو الأرض مباشرة لذا فإن اتجاه الوزن هو من الأعلى إلى الأسفل دائما.
الوزن مقدار مقيس وتحسب قيمته بالنيوتين في النظام ا لدولي للوحدات وهذه القيمة يمكن أن يتم تعيينها
بواسطة ا لدينامومتر.
يؤثر الثقل في نقطة تسمى مركز وزن الجسم ويمكن تعيينها تجريبيا وعادة ما تكون مطابقة لمركز عطالة الجسم.
الجاذبية الأرضية صفة مميزة تكسبها الأرض لنقاط الفضاء المحيط بها بحيث إذا وضعت كتلة في هذا الفضاء فهي تكتسب ثقلا.
والجاذبية الأرضية تناقص كلما ابتعدنا عن الأرض (تضعف جاذبية الأرضي بالابتعاد عنها كما يضعف أثر الحرارة بالابتعاد عن مصدرها وكذلك الشأن بالنسبة إلى المسمار كلما أبعدناه عن المغنط) ويمكن ملاحظة ذلك من خلال الأمثلة التالية:
- رواد الفضاء داخل المركبة الفضائية على سطح الأرض يحدون
الأجهزة التي يحملونها ثقيلة، لكن بعد انطلاق المركبة إلى الفضاء فهم يشعرون بتناقض ثقل تلك الأجهزة بازدياد الابتعاد عن الأرض نتيجة تناقص الجاذبية الأرضية، وهو ما يمكنهم من الحركة بسهولة والسباحة في الفضاء دون الخشية من السقوط أو سقوط أمتعتهم على الأرض كما يحدث ذلك بجوارها.
ففي الفضاء العالي تضعف الجاذبية الأرضية فيضعف الوزن (دون تغير الكتلة التي تبقى ثابتة).
- عندما نزل رواد الفضاء على سطح القمر لاحظنا أنهم يبذلون جهدا أقل مما يبذلونه على سطح الأرض للتحرك ولحمل أجهزتهم لأن جانبية القمر أقل من الجاذبية الأرضية إذ تساوي سدس جاذبية الأرض.
