همانطور که می دانید، جرم با وزن تفاوت دارد. اگر از کوه اورست بالا بروید، مطمئنا چند کیلو وزن کم خواهید کرد، اما این کاهش وزن به دلیل ورزش کردن نیست. وزن کسی که در سطح دریا ایستاده، کمی بیشتر از کسی است که روی قله کوه ایستاده. وزن معیاری است که نشان می دهد جاذبه زمین، به چه اندازه یک جسم را به سمت خود می کشد. این مسئله بسته به مکان، می تواند متفاوت باشد.
اما جرم مسئله کاملاً متفاوتی است و تعریف کردن مفهوم آن کمی دشوار است. برای ساده شدن این مفهوم، در کلاس های فیزیک به دانش آموزان می گویند که جرم، دو ویژگی اصلی یک شیء را نشان می دهد. اولین ویژگی، مقدار ماده ای است که در آن وجود دارد. ویژگی دوم، مقاومت در برابر تغییرات حرکتی است (که به آن پدیده اینرسی گفته می شود).
در این مطلب قصد داریم به ۵ موضوع جالب در مورد جرم بپردازیم.
۱- یک واحد جرم به نام “اسلاگ” وجود دارد.
این واحد، بخشی از سیستم واحد های ایالات متحده است. البته در اکثر کشورهای جهان از واحد کیلوگرم برای جرم استفاده می شود. کیلوگرم متعلق به سیستم بین المللی واحدها است که به سیستم متریک نیز معروف است. اما آمریکایی ها از واحدهای متداول ایالات متحده استفاده می کنند.
شاید تصور کنید که معادل کیلوگرم برای جرم در واحدهای ایالات متحده باید پوند باشد. اما پوند واحد وزن است نه جرم. آمریکایی ها و انگلیسی های از واحدی به نام “اسلاگ” برای جرم استفاده می کنند (بر روی زمین، یک اسلاگ برابر است با ۳۲.۲ پوند یا ۱۴.۶۰ کیلوگرم). با این وجود، بندرت در مکالمات روزمره به کار می رود و بیشتر افراد با این اصطلاح آشنا نیستند.
۲- دانشمندی که قانون پایستگی جرم را کشف کرده بود، سر بریده شد.
شیمیدان فرانسوی آنتوان لوران لاویزایر نوشته بود: “در هر عمل، مقداری مساوی از ماده، قبل و بعد از عمل وجود دارد.” به عبارت دیگر، جرم نه ساخته می شود و نه از بین می رود.” به این اصل، قانون پایستگی جرم گفته می شود. تجربیات لاویزایر در اواخر قرن ۱۸ میلادی، این ایده را افشا کرد.
دانشمندان همکار او، یافته های او را پذیرفتند، اما فعالیت او چندان طولی نکشید. او به جمع آوری مالیات برای دولت فرانسه کمک می کرد. این کار باعث شد که در سال ۱۷۹۴، نیروی های انقلابی به او لقب خائن به مردم بدهند و سرش را با گیوتین جدا کنند.
۳- جرم بخشی از معروف ترین فرمول تاریخ است.
ما داریم در مورد فرمول E = mc2 صحبت می کنیم. به زبان ساده، این فرمول یعنی انرژی هر جسم (E) برابر است با حاصل ضرب جرم (M) آن جسم در مجذور سرعت نور (C). این فرمول توسط آلبرت انیشتین در مقاله ای در سال ۱۹۰۵ مطرح شد. در آن زمان، او فقط ۲۶ سال داشت.
به گفته وی: از تئوری نسبیت اینگونه می توان نتیجه گرفت که جرم و انرژی، هر دو تجلی های مختلفی از یک چیز هستند.
بنابراین انرژی ذاتی در تمام اشیائی موجود است که دارای جرم هستند. انیشتین توضیح می دهد که چرا هر اتم، جرم نسبتاً کمتری نسبت به مجموع اجزایش (یعنی پروتون ها، نوترون ها و الکترون هایی که آن را تشکیل می دهند) دارد. همین رابطه بین جرم و انرژی است که چنین قدرت وحشتناکی به بمب های اتمی می دهد.
۴- نور از ذرات بدون جرم تشکیل شده است.
فوتون ها ذرات اصلی نور هستند. کارشناسان آنها را “بی جرم” توصیف می کنند. سرعت یک شیء در حال حرکت می تواند جرم آن را تغییر دهد. از آنجا که این مسئله می تواند بحث های علمی را پیچیده تر کند، وقتی فیزیکدانان درباره جرم جسم یا ذره ای معین صحبت می کنند، چیزی که مد نظر آنهاست، جرم در حالت سکون است. در حقیقت، این جرمی است که سرعت آن برابر با صفر است. نوترون ها ، پروتون ها و الکترون ها دارای جرم ساکن هستند. اما فوتون ها اینگونه نیستند. گلون ها، نوع دیگری از ذرات زیر اتمی، نیز اینگونه نیستند.
۵- زمین و ماه، مرکز جرم مشترک دارند.
جرم زمین ۸۱ برابر بیشتر از ماه است. این تمایز تأثیر زیادی روی رابطه آنها گذاشته است. زمانی که چند جسم بزرگ (مانند ماه ها، سیاره ها و ستاره ها) به دور هم می چرخند، حرکت آنها در یک مرکز جرم مشترک خواهد بود. به این مرکز مشترک، مرکز سنگینی سراسری (به انگلیسی: Barycenter) گفته می شود.
اگر دو جسم با جرم کاملاً یکسان، به دور هم بچرخند، مرکز سنگینی سراسری آنها دقیقاً در وسط این دو جسم قرار می گیرد. اما از آنجایی که زمین بسیار بزرگتر از ماه است، مرکز سنگینی سراسری بیشتر به سمت زمین متمایل است. همانطور که زمین در این مرکز حرکت می کند، ماه هم در اطراف آن حرکت می کند.
