جرم (فیزیک)
جِرم (در فارسی افغانستان: کتله) مفهومی بنیادی در فیزیک است که به‌طور شهودی مقاومت جسم در برابر شتاب‌گرفتن در هنگام اعمال نیرو یا قدرت گرانش یک جسم در جذب دیگر اجسام را می‌نمایاند. در حوزه‌های گوناگون فیزیک مانند مکانیک کلاسیک، نسبیت خاص و نسبیت عام تعریف‌های متفاوتی از جرم بیان می‌شود. واژهٔ جِرم از ریشهٔ پارسی است.[1] واحد جرم در دستگاه بین‌المللی یکاها (SI)، کیلوگرم (kg) می‌باشد.
جرم و وزن
جرم با وزن متفاوت است. جرم و وزن با هم متناسب هستند نه برابر ، در کاربردهای روزمره جرم را همان وزن می‌شناسند، ولی در فیزیک، نجوم و مهندسی، وزن به نیروی گرانش وارد شده بر اجسام گفته می‌شود. البته در کاربردهای روزمره جرم و وزن با هم متناسب‌اند و این همانندانگاری مشکلی پیش نمی‌آورد، ولی در موارد ویژه‌ای مهم می‌شود:
- در سنجش‌های دقیق، به خاطر تغییر در شدت نیروی گرانش زمین در جاهای گوناگون
- در جاهایی دور از سطح زمین، مثلاً در فضا یا در سطح سیاره‌های دیگر
مثلاً نیروی گرانش در سطح ماه حدود یک‌ششم نیروی گرانش در سطح زمین است. از این رو وزن هر جسم در سطح ماه یک‌ششم وزن آن در سطح زمین است؛ و اما جرم در هر دو یکسان است.
جرم و وزن یک جسم هر دو متغیرند. طبق نظریه نسبیت خاص انشتین جرم جسم با افزایش سرعت آن افزایش می یابد.این افزایش جرم تنها در سرعت های قابل مقایسه با سرعت نور قابل مشاهده است و در رویداد های کلاسیکی (مکانیک نیوتونی) تعریف نمی‌شود.
وزن یک جسم به فاصلهٔ آن از مرکز گرانش و جرم جسم دوم (به صورت عمومی زمین) بستگی دارد.
جرم لختی، جرم گرانشی و اصل هم‌ارزی
اولین شخصی که "جرم" را به مفهوم امروزی آن که با ابهام زیادی همراه است استفاده کرد، ظاهراً ماخ بوده‌است، این مفهوم با کتاب مکانیک زومرفلد بین فیزیک پژوهان به مفهومی جا افتاده تبدیل شد. نیوتون اولین کسی بود که از جرم به شکل سیستماتیک استفاده کرد، اولین جملهٔ پیرینسیپیا (اثر معروف و مؤثر مکانیک کلاسیک نیوتون) به "quantitas materiae" یا مقدار ماده اشاره دارد. نیوتون از واژهٔ جرم استفاده نکرده‌است. در نظریات گالیله هم از واژهٔ massa (به معنی چانهٔ خمیر) که منشأ نام mass (جرم به زبان انگلیسی) است به شکل نادقیق و غیرتکنیکی و مترادف با "ماده" استفاده شده‌است.
مکانیک به دو بخش سینماتیک و دینامیک تقسیم می‌شود. در بخش سینماتیک که بررسی حرکت بدون بررسی علل آن است ما به دو کمیت بنیادی «مکان» و «زمان» نیاز داریم. با رفتن به بخش دینامیک که به علل حرکت هم می‌پردازد نیاز به کمیتی دیگر پیدا می‌شود. این کمیت می‌تواند «جرم» یا «نیرو» باشد.
جرم لَختی میزان مقاومت جسم را در برابر تغییر سرعت نشان می‌دهد. در مکانیک کلاسیک جرم لختی را با قوانین حرکت نیوتن تعریف می‌کنند. هرچه جرم لختی یک جسم بیشتر باشد، برای تغییر دادن سرعت آن نیروی بیشتری لازم است. به‌طور دقیق‌تر، جرم لختی برابر است با نسبت بین نیروی وارد بر جسم و شتاب آن. در نسبیت خاص جرم لختی به سرعت جسم نیز وابسته است.
جرم گرانشی نمایندهٔ مقدار نیرویی است که به جسم در میدان گرانشی وارد می‌شود. هرچه جرم گرانشی جسم بیشتر باشد، نیروی بیشتری از سوی میدان گرانشی به آن وارد می‌شود. جرم گرانشی را گاهی بار گرانشی (مانند بار الکتریکی) نیز می‌نامند. در فیزیک گرانش با قانون گرانش نیوتن یا نظریه نسبیت عام توصیف می‌شود. جرم گرانشی به دو جرم «فعال» و «منفعل» تقسیم می‌شود، جرم فعال را با توجه به میدانی که جسم تولید می‌کند و جرم منفعل را با توجه به رفتار جرم در میدان گرانشی خارجی توصیف می‌کنند. بعضی فیزیکدانان (برای مثال اوهانیون) معتقد بودند تفاوت جرم فعال و منفعل سخنی بی‌معنی است، اوهانیون استدلال می‌کرد که نابرابر بودن این دو جرم به نابرابری کنش و واکنش و نهایتاً به ناپایسته بودن تکانه منجر می‌شود.
با وجود تمایز مفهومی میان جرم لختی و جرم گرانشی، آزمایش‌ها نشان می‌دهند که این دو کمیت همواره با هم متناسب‌اند و با برگزیدن یکاهای مناسب مقدارشان نیز همیشه با هم برابر است. به این برابری اصل هم‌ارزی می‌گویند. مکانیک کلاسیک هیچ توضیحی برای برابر بودن جرم لختی و جرم گرانشی ندارد، ولی در نظریهٔ نسبیت عام اصل هم‌ارزی یکی از اصول موضوعهٔ این نظریه است.
یکای اندازه‌گیری
یکای جرم در سیستم استاندارد بین‌المللی واحدها کیلوگرم است.اما در بعضی کشور ها از جمله امریکا هنوز از آن استفاده نمی کنند. سایر واحدهای این کمیت عبارت‌اند از:
منابع
- فرهنگ آنندراج، سرواژهٔ «جُرُوم».
- رضا منصوری، «مفهوم جرم»، مجلهٔ فیزیک (بهار و تابستان ۱۳۷۴)
- Max Jammer (۲۰۰۰)، concepts of MASS in contemporary physics and philosophy از پارامتر ناشناخته
|نشر=صرف‌نظر شد (کمک)