تفاوت وزن و جرم چیه؟

دو اصطلاح «جرم» و «وزن» توی مکالمات روزانه به جای هم استفاده می­شن، ولی این دو مفهوم، هم معنی نیستن. فرق بین جرم و وزن توی اینه که جرم، مقدار ماده موجود در یک جسمه، در حالیکه وزن، اندازه نیروی گرانشیه که به اون جرم وارد می­شه.

• مقدار ماده موجود توی یه جسم رو جرم می­گن که با m یا M نشون داده می­شه.
• وزن، مقدار نیروییه که به یه جرم در اثر شتاب حاصل از گرانش وارد می­شه. وزن رو معمولا با W نشان می­دن. اگه جرم (m) رو در شتاب گرانشی (g) ضرب کنیم، وزن بدست میاد.

در ادامه این مقاله از سایت دیفرتو، شما رو با تفاوت جرم و وزن آشنا می‌کنیم. پس تا انتها همراه ما باشید.

چطوری جرم (mass) و وزن (weight) رو اندازه بگیریم؟

وزن با یه معیاری اندازه‌گیری می­شه که کششی که داره به جرم توسط گرانش زمین وارد می­شه رو به صورت دقیق اندازه‌گیری می­کنه. جرم یه جسم رو اینطوری اندازه می­گیرن که با یه جسم دیگه که مقدار جرمش رو می­دونیم در تعادل قرار می­دن (درست عین ترازوهای کفه‌ای). جرم رو می­شه با ترازوی کفه‌ای اندازه گرفت، در حالی که وزن رو با ترازوی فنری اندازه می­گیرن. اگه گرانش معلوم و ثابت باشه، ممکنه که دو تا روش گفته شده به جای همدیگه استفاده بشن، همانطور که روی کره زمین اینجوریه.

عوامل خارجی موثر بر وزن

جرم یه جسم یه چیز ذاتی اون جسمه و به خاطر همین، از عوامل خارجی تاثیر نمی­گیره. از طرف دیگه وزن به میزان جرمی که جذب می­شه و همچنین به نیرویی که با اون جذب می­شه بستگی داره.

تبدیل جرم به وزن

از قانون دوم نیوتن برای تبدیل وزن (نیرو) و جرم به هم استفاده می­کنیم:

معادله نیرو: F = ma (نیرو = جرم × شتاب)

اینجا، F نیروی ناشی از گرانشه (یعنی وزن)، m جرم جسم مورد نظره و a شتاب ناشی از گرانشه که روی زمین تقریباً برابر با ۹.۸ متر بر مجذورثانیه یا ۳۲.۲ فوت بر ثانیه‌اس.

توی اینجور بحثها، معادله نیرو اغلب به صورت W = mg نوشته می‌شه، که W وزن و g شتاب گرانشی رو نشون میده.

فکر می­کنی وزنت تو یه سیاره دیگه چقدره؟!

در حالیکه جرم یه جسم همه جای منظومه شمسی ثابته و تغییر نمی­کنه، شتاب گرانشی و وزن به طور قابل توجهی تغییر می­کنن. محاسبه گرانش روی همه سیارات، مثل زمین، نه تنها به جرم، بلکه به اندازه فاصله «سطح» از مرکز گرانش وابسته‌اس. برای مثال، وزن شما روی کره زمین، روی قله کوه، کمتر از سطح دریاس. این اثر برای جرمهای بزرگ مثل مشتری، خیلی بزرگتر می­شه. درسته که گرانش مشتری به خاطر جرمش ۳۱۶ برابر بیشتر از زمینه، ولی وزن شما ۳۱۶ برابر بیشتر نیست؛ چونکه «سطح» مشتری (یا سطح ابری که ما اون رو سطح می­نامیم) از مرکز مشتری خیلی دوره.

سیارات دیگه مقدار گرانششون با گرانش زمین فرق می­کنه. برای اینکه وزن خودمون {روی سیاره یا ستاره مورد نظر} رو پیدا کنیم، کافیه که وزن خودمون رو تو یه عدد مناسب ضرب کنیم. برای مثال، یه آدم ۶۸ کیلویی روی سیاره مشتری وزنش حدودا ۱۸۰ کیلو می­شه که ۲.۶۴ برابر وزن اون شخص روی زمینه.

ممکنه که از وزنتون روی سیارات دیگه تعجب کنید. منطقیه که وزن یه نفر روی زهره تقریباً برابر با وزنش روی زمین باشه، چونکه اندازه و جرم زهره تقریباً با زمین برابره. ولی این که ممکنه وزنتون روی غول گازی اورانوس کمتر باشه یکم عجیب به نظر برسه. وزن شما روی زحل یا نپتون نسبت به وزنتون روی زمین فقط یکم بیشتر می­شه. درسته که عطارد خیلی کوچکتر از مریخه، ولی وزنتون روی هر دو سیاره تقریباً یکی می­شه. جرم خورشید از هر جسم دیگه‌ای تو منظومه شمسی خیلی بیشتره، ولی بازم وزن شما روی خورشید فقط ۲۸ برابر بیشتر از وزنتون روی زمینه. البته، اگه شما روی خورشید در اثر گرمای زیاد و تشعشعات دیگه دار فانی رو وداع نگید! اما حتی اگه سرد باشه، گرانش شدید روی سیاره‌ای به این اندازه بزرگ، کشنده‌اس.

حالا که صحبت از سیاره‌ها شد، بد نیست مقاله تفاوت سیاره و ستاره رو هم بخونید.

وزن ما در هر سیاره، متناسب با گرانش اون سیاره فرق میکنه.

فرق بین جرم و وزن

گفتیم که اغلب از کلمات «جرم» و «وزن» جای هم استفاده می‌­کنیم، اما معنی کاملاً متفاوتی دارن. جرم شما بدون توجه به مکانتون در هر کجای جهان هستی، ثابته. از طرف دیگه وزن شما از جایی به جای دیگه تغییر می­کنه. جرم بر حسب کیلوگرم اندازه‌گیری می­شه؛ اگرچه ما معمولاً وقتی در مورد وزن صحبت می­‌کنیم اونو بر حسب کیلوگرم بیان می­‌کنیم، اما اگه بخوایم به طور دقیق بگیم باید بر حسب نیوتن، یعنی واحد نیرو، بیان کنیم.

تمایل یه جسم برای اینکه در برابر تغییر حالت حرکتی اون جسم، مقاومت کنه بهش میگن اینرسی و اندازه‌گیری این میزان تمایل رو بهش میگن جرم. اگه جسمی به حال خودش رها بشه، اگه ثابت باشه همونطوری می­مونه یا اگه توی خط مستقیم حرکت می­کنه به حرکتش ادامه می­ده – مثل یک توپ بیلیارد، روی میز بیلیارد. تا وقتی که نیرویی – مثل اصطکاک یا برخورد به دیوار – روی توپ اثر نذاشته، تا همیشه تو همون مسیر قبلی سُر می­خوره. جرم معیاریه که بفهمیم چقدر نیرو برای تغییر مسیر جسم لازم داریم.

جرم به مقدار ماده – اتم و غیره – توی یه جسم بستگی داره. هر چقدر جرم بیشتر باشه، اینرسی هم بیشتره؛ چون حرکت بیشتری وجود داره (این نظریه آیزاک نیوتن از جرم، که زیربنای قوانین حرکت معروفشه که در اواخر دهه ۱۶۰۰ مطرح شد. توی سرعتهای خیلی زیاد، جایی که نظریه نسبیت خاص آلبرت انیشتین در قرن بیستم مطرح می­شه، نظریه نیوتن خیلی دقیق نیست).

از سوی دیگه، وزن، اندازه‌گیری مقدار نیروی رو به پایینیه که گرانش به یه جسم وارد می‌کنه. این نیرو با بیشتر شدن جرم جسم بیشتر می­شه: هر چه اینرسی زیاد باشه، نیروی جاذبه بیشتر می‌شه. در سطح زمین، نیروی گرانش حدود ۹.۸ نیوتن بر کیلوگرمه.

فقط به این دلیله که ما عادت داریم با شرایط روی سطح زمین با مسائل برخورد کنیم که اغلب از «جرم» و «وزن» به جای هم استفاده می‌کنیم. وقتی می­گیم وزن یه نفر ۷۰ کیلوگرمه، منظورمون در واقع جرم اونه – وزنش می­شه ۷۰ * ۹.۸ = 686 نیوتن (این نیرو – ۶۸۶ نیوتن – در واقع همون چیزیه که ترازوهای زیرپایی اندازه می­گیرن. مردم برای راحتی وزن رو به کیلوگرم بیان می­کنن).

روی سطح ماه، جایی که نیروی گرانش ضعیف‌تره (حدود یک ششم گرانش زمین یا ۱.۶ نیوتن بر کیلوگرم)، یه فضانورد ۷۰ کیلوگرمی تنها ۱۱۲ نیوتن وزن داره. این وزنیه که یه جسم ۱۱.۵ کیلوگرمی روی زمین خواهد داشت.

حتی توی ایستگاه بین‌المللی فضایی، با اینکه فضانوردان بی‌‌وزن هستن، اما جرم دارن: اونا برای دور کردن خودشون از دیوارها یا کشیدن خودشون به یه سمتی باید نیرو وارد کنن و هر چه هیکل بزرگتری داشته ­باشن، نیروی بیشتری برای این کار لازم دارن.

بنابراین سفر به فضا ممکنه راهی سریع برای کاهش وزن باشه، اما کاهش جرم یه چیز دیگه‌ایه!

استفاده از وزن و جرم

این ترازوها برای محاسبه وزن استفاده میشن

در علم فیزیک اگه بخوایم دو اصطلاح «جرم» و «وزن» رو با دقت بیشتری تعریف کنیم، باید معیارهای جدای از هم در نظر بگیریمشون. توی استفاده روزمره، با توجه به اینکه همه اجسام روی زمین وزن دارن، این رابطه معمولاً بسیار متناسبه و اغلب برای توصیف هر دو ویژگی وزن و جرم استفاده می­شه که معنای اون به حوزه‌ای که دراون مورد صحبت می­شه بستگی داره. مثلاً توی تجارت، وزن خالص محصولات خرده‌فروشی در واقع به جرم اشاره داره و به درستی بر حسب پوند (توی ایالات متحده آمریکا) یا کیلوگرم گفته می­شه. برعکس، دسته‌بندی شاخص بار روی تایرهای خودرو، که بیشترین بار قابل تحمل یک تایر رو بر حسب کیلوگرم مشخص می­کنه، به وزن، یعنی نیروی ناشی از جاذبه اشاره داره.

منابع:

• cosmosmagazine.com
• thoughtco.com
• diffen.com