واحدهای اندازه‌گیری جرم؛ از کیلوگرم تا گرم و فراتر از آن
جرم چیست و چرا آن را اندازه می‌گیریم؟
قبل از پرداختن به واحدها، باید بدانیم جرم چیست. جرم مقدار ماده تشکیل‌دهنده یک جسم است. یک ویژگی ذاتی است که تغییر نمی‌کند، برخلاف وزن که به نیروی جاذبه بستگی دارد. برای درک بهتر، یک توپ پینگ‌پong را در دستتان تصور کنید. حالا یک توپ بولینگ را تصور کنید. توپ بولینگ جرم بسیار بیشتری دارد زیرا ماده بیشتری در خود جای داده است. ما جرم را اندازه‌گیری می‌کنیم تا بتوانیم اجسام را با هم مقایسه کنیم، در آشپزی مقدار مواد را بدانیم، در علم آزمایش‌ها را دقیق انجام دهیم و در تجارت کالاها را به صورت منصفانه بفروشیم.
سیستم متریک: زبان جهانی اندازه‌گیری
اکثر کشورهای جهان از جمله ایران، از سیستم متریک (که سیستم بین‌المللی واحدها یا SI[1] نیز نامیده می‌شود) استفاده می‌کنند. این سیستم بر پایه‌ی عدد 10 استوار است، بنابراین تبدیل بین واحدهای آن بسیار آسان است. واحد اصلی جرم در این سیستم کیلوگرم (kg) است.
واحدهای پرکاربرد جرم و رابطه بین آنها
واحدهای اندازه‌گیری جرم مانند یک نردبان هستند. هر پله‌ی این نردبان مضربی از 10 از پله‌ی قبلی است. درک این رابطه کلید تبدیل بین واحدهاست.
| نام واحد | نماد | بر حسب گرم | مثال عینی |
|---|---|---|---|
| تن | t | 1,000,000 | یک خودروی کوچک |
| کیلوگرم | kg | 1,000 | یک بسته قند |
| گرم | g | 1 | یک سنجاق قفلی |
| میلی‌گرم | mg | 0.001 | دانه‌ی بسیار ریز نمک |
کیلوگرم: استاندارد طلایی جرم
برای decades، یک استوانه فلزی از جنس پلاتین و ایریدیوم به نام "Le Grand K" که در پاریس نگهداری می‌شد، تعریف رسمی یک کیلوگرم بود. اما دانشمندان همیشه به دنبال تعریفی پایدارتر و مبتنی بر ثابت‌های طبیعی بودند. از سال 2019، کیلوگرم بر اساس ثابت پلانک[2] (یک ثابت fondamental در فیزیک کوانتوم) تعریف می‌شود. این تغییر确保了 که استاندارد کیلوگرم برای همیشه و در هر کجای جهان ثابت بماند.
کاربرد واحدهای جرم در زندگی روزمره و علم
واحدهای جرم در اطراف ما无处不在 هستند. هنگام خرید میوه، seller آن را با ترازویی که بر حسب کیلوگرم مدرج شده است، وزن می‌کند. در یک دستور پخت کیک، مقدار آرد مورد نیاز بر حسب گرم نوشته شده است. دوز داروها، به ویژه برای کودکان، با دقت بسیار بالا بر حسب میلی‌گرم (mg) یا حتی میکروگرم محاسبه می‌شود. در مقیاس صنعتی، ظرفیت کامیون‌ها یا کشتی‌های باری بر حسب تن (t) بیان می‌گردد. در آزمایشگاه‌های علمی، از ترازوهای حساسی استفاده می‌شود که می‌توانند وزن یک تار مو را بر حسب میلی‌گرم اندازه‌گیری کنند. حتی در نجوم، جرم سیارات و ستاره‌ها را با واحدهایی مانند $ 10^{24} $ کیلوگرم می‌سنجند.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
خیر، این یک اشتباه رایج است. جرم مقدار ماده یک جسم است (بر حسب kg)، در حالی که وزن نیرویی است که جاذبه به آن جرم وارد می‌کند (بر حسب نیوتن N). جرم شما در هر نقطه از جهان ثابت است، اما وزن شما روی ماه کمتر از زمین خواهد بود زیرا重力 ماه weaker است.
یک راه آسان برای remembering: "kilo" به معنای "هزار" است. بنابراین، 1 کیلوگرم = 1000 گرم. برای تبدیل کیلوگرم به گرم، اعشار را سه رقم به راست ببرید (ضرب در 1000). برای تبدیل گرم به کیلوگرم، اعشار را سه رقم به چپ ببرید (تقسیم بر 1000). مثال: $ 4500 \, \text{g} = 4.5 \, \text{kg} $.
در مقیاس کوچک، واحدهایی مانند میکروگرم (μg، یک میلیونیم گرم) و حتی کوچکتر وجود دارند. در مقیاس بزرگ، واحدهایی مانند مگاتن (Mt، یک میلیون تن) برای اندازه‌گیری انرژی انفجارهای بسیار بزرگ استفاده می‌شوند.
پاورقی
[1] SI: Système international d'unités (سیستم بین‌المللی واحدها). این سیستم modern form سیستم متریک است و هفت واحد پایه از جمله کیلوگرم را تعریف می‌کند.
[2] ثابت پلانک (h): یک ثابت فیزیکی fondamentale که در مکانیک کوانتوم ظاهر می‌شود. تعریف جدید کیلوگرم از رابطهی آن با ثابت پلانک استفاده می‌کند.