وزن: نیروی نامرئی که ما را روی زمین نگه میدارد
وزن چیست و چه فرقی با جرم دارد؟
حتماً تا به حال شده که در دستتان یک کیف سنگین را نگه دارید. احساس سنگینی که در دست و ماهیچههایتان ایجاد میشود، در واقع شما در حال مقابله با نیروی وزن آن کیف هستید. وزن نیرویی است که زمین به دلیل گرانش خود بر همه اجسام وارد میکند و آنها را به سمت خود میکشد.
یک اشتباه رایج این است که وزن و جرم را یکی بدانیم. اما این دو تفاوت اساسی دارند:
| ویژگی | جرم (Mass) | وزن (Weight) |
|---|---|---|
| تعریف | مقدار ماده تشکیل دهنده جسم. | نیروی گرانش وارد بر جسم. |
| واحد اندازهگیری (SI) | کیلوگرم (kg) | نیوتن (N) |
| وسیله اندازهگیری | ترازوی دوکفهای | ترازوی فنری (نیروسنج) |
| تغییر با مکان | ثابت است و تغییر نمیکند. | با تغییر ارتفاع یا سیاره تغییر میکند. |
| مثال | جرم یک دانشآموز 50 kg است. | وزن همان دانشآموز روی زمین حدود 500 N است. |
$ W = m \times g $
مقدار متوسط شتاب گرانش زمین در سطح دریا تقریباً برابر است با: $ g \approx 9.8 \ \frac{m}{s^2} $ یا برای راحتی محاسبات گاهی از عدد 10 استفاده میکنیم.
عوامل موثر بر وزن ما
اگر جرم شما ثابت است، آیا وزن شما هم همیشه ثابت میماند؟ خیر! چند عامل میتوانند روی نیروی گرانشی که زمین به شما وارد میکند، تاثیر بگذارند:
1. ارتفاع از سطح دریا: هر چه از سطح زمین بالاتر برویم، فاصله ما از مرکز زمین کمی بیشتر شده و در نتیجه نیروی گرانش ضعیفتر میشود. مثلاً وزن شما در بالای یک کوه بلند یا در یک هواپیمای مسافربری، بسیار اندک (کمتر از یک درصد) از وزن شما در ساحل دریا کمتر است. این تغییر آنقدر کم است که شما حس نمیکنید، اما با ابزارهای دقیق قابل اندازهگیری است.
2. شکل زمین: زمین کاملاً گرد نیست و در قطبها کمی پخ و در استوا کمی برآمده است. به همین دلیل، فاصله شما از مرکز زمین در استوا بیشتر از قطبهاست. در نتیجه وزن یک جسم در استوا کمی کمتر از وزن همان جسم در قطبها است. این تفاوت نیز بسیار جزئی است.
3. سیارهی دیگر: شتاب گرانش در هر جرم آسمانی متفاوت است. برای مثال، شتاب گرانش در ماه حدود یکششم زمین است. یعنی اگر جرم شما 60 kg باشد، وزن شما روی زمین حدود 600 N است، اما روی ماه فقط حدود 100 N خواهد بود! به همین دلیل است که فضانوردان در ماه میتوانند به راحتی بپرند و حرکت کنند.
وزن در زندگی روزمره: از بازار تا زمینبازی
شاید فکر کنید وزن فقط یک مفهوم علمی است، اما شما هر روز با آن سر و کار دارید:
• خرید میوه: وقتی 1 kg پرتقال میخرید، در واقع جرم آن را مشخص کردهاید. اما نیروی وزن همان پرتقال است که باعث کشیده شدن ترازوی مغازه به سمت پایین میشود و عقربه آن را حرکت میدهد.
• ورزش و بازی: وقتی توپی را به هوا پرتاب میکنید، نیروی وزن آن است که دوباره آن را به سمت زمین میکشد. وقتی از سرسره پایین میآیید، وزن شماست که شما را به سمت پایین میراند. حتی احساس سنگینی کولهپشتی شما روی شانههایتان به خاطر وزن محتویات آن است.
• ساختمانسازی: مهندسان هنگام طراحی ساختمانها باید وزن کل ساختمان و نیروی گرانش وارد بر آن را دقیقاً محاسبه کنند تا پیها و ستونهایی به اندازهی کافی قوی بسازند که در برابر این نیرو مقاومت کنند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاورقی
1 وزن (Weight): نیروی گرانشی که زمین (یا هر جرم آسمانی دیگر) بر یک جسم وارد میکند. واحد آن نیوتن (N) است.
2 نیروی گرانشی (Gravitational Force): نیروی جاذبهای که بین هر دو جرم وجود دارد. در مقیاس روزمره، مهمترین آن جاذبه زمین بر اجسام است.
3 جرم (Mass): مقدار ماده تشکیلدهنده یک جسم. معیاری برای مقاومت جسم در برابر تغییر سرعت (شتاب). واحد آن کیلوگرم (kg) است.
4 بیوزنی (Weightlessness): حالتی که در آن نیروی گرانش خالص وارد بر یک جسم صفر به نظر میرسد، مانند حالتی که جسم در سقوط آزاد است یا در مدار زمین قرار دارد.
