اول من اثبت ان للهواء كتلة هو العالم

أول من أثبت أن للهواء كتلة هو

العالم جاليليو جاليلي

.

ويعتبر جاليليو جاليلي أب العلم الحديث وقد قدم مساهمات كبيرة في مجالات الفيزياء وعلم الفلك وعلم الكونيات والرياضيات والفلسفة، واخترع جاليليو تلسكوبًا محسّنًا يسمح له برصد ووصف أقمار المشتري وحلقات زحل ومراحل كوكب الزهرة والبقع الشمسية وسطح القمر، وتشمل اكتشافاته العديدة مثل: قانون القصور الذاتي الذي استخدمه لاحقًا إسحاق نيوتن باعتباره أول قانون للحركة، والقطع المكافئ كمسار للقذيفة، والعلاقات بين المسافة والسرعة وبين المسافة والوقت واستمرارية التسارع، ولقد كافح من أجل فهم الاستمرارية، وعلى الرغم من أن العمل كان عليه انتظار نيوتن وجوتفريد لايبنتز لإنتاج حساب التفاضل والتكامل متناهي الصغر لإتقان هذه الصعوبة.

ما الذي اخترعه جاليليو

اخترع جاليليو تلسكوبًا محسّنًا يسمح له برصد ووصف أقمار المشتري وحلقات زحل ومراحل كوكب الزهرة والبقع الشمسية وسطح القمر.
وأحدثت اختراعاته من البوصلات والموازين إلى التلسكوبات والمجاهر المحسنة ثورة في علم الفلك وعلم الأحياء.
واكتشف جاليليو الحفر والجبال على القمر ومراحل كوكب الزهرة ونجوم درب التبانة، ودفع ميله لإجراء التجارب المدروسة والمبتكرة بالمنهج العلمي نحو شكله الحديث.
واهتم جاليليو بمعدلات السقوط فبدأ له أنه – بدون مقاومة الهواء – يجب أن يسقط الجسم بسرعة تتناسب مع كثافته.

وإن قوانين جاليليو للحركة، التي تم إجراؤها من قياساته والتي تفيد بأن جميع الأجسام تتسارع بنفس المعدل بغض النظر عن كتلتها أو حجمها، ومهد الطريق لتدوين الميكانيكا الكلاسيكية بواسطة إسحاق نيوتن، وسرعان ما أصبحت مركزية جاليليو حول الشمس حقيقة علمية مقبولة.

وقرر اختبار وجهة النظر الأرسطية المعدلة من خلال إجراء تجربة، فلم يكن هناك تقليد لوصف البحث التجريبي في أيام جاليليو، وكانت التجارب الخاضعة للرقابة غير معروفة تقريبًا، لذا كان تقرير جاليليو بسيطًا جدًا، ويبدو أنه ألقى كرات مختلفة من برج، ولكن ما هي الأوزان؟ وأي برج؟ يمكننا أن نكون متأكدين أنه كان برج بيزا المائل، ولكن ينتهي بنا الأمر إلى الشك فيما إذا كان قد أجرى التجربة بالفعل أم لا.

وإحدى نتائج التجربة فاجأت جاليليو، ووجد جاليليو أن الكرة الثقيلة اصطدمت بالأرض أولاً، ولكن قليلاً فقط، باستثناء اختلاف بسيط ناتج عن مقاومة الهواء، ووصلت كلتا الكرتين إلى نفس السرعة تقريبًا، وقد فاجأه ذلك، وأجبره على التخلي عن الأفكار الأرسطية حول الحركة، وإذا كان قد أجرى التجربة حقًا، فقد كانت بالتأكيد نقطة تحول في تاريخ العلم.

لذا أجرى توماس سيتل ودونالد تجربة برج جاليليو أمام الكاميرا، واتضح أنه عندما تحاول إسقاط الكرات معًا في وقت واحد، فإن عضلاتك المتوترة تخدعك، وأنت تتخلى عن الأخف وزنا، والذي كنت تمسك به بشكل أقل كثافة، وهذا يعني أن جاليليو أبلغ بدقة عما رآه يحدث، ولا شك في أنه أجرى التجربة بالفعل، وأصبح جاليليو أول منافس حقيقي لأرسطو، ولم تكن تجربته في البرج خرافة – لم تسقط أي تفاحة على رأس نيوتن، بل كانت هذه واحدة من أولى التجارب العلمية الخاضعة للرقابة، فهذه التجربة غيرت جاليليو وغيرت التاريخ.[1]

هل الهواء له كتلة وحجم

نعم إن الهواء له كتله وحجم

.

فالمادة هي أي شيء له كتلة ويأخذ مساحة، لذا لإثبات أن الهواء مادة سنحتاج إلى إثبات أن الهواء له كتلة ومساحة.

ومن الأسهل إثبات أن الهواء يشغل مساحة، لذلك دعونا نقوم بتجربة صغيرة أولاً: أذهب واحصل على بالونين، وقم بفخ البالونات بالهواء، فتكبر البالونات عندما تضع الهواء فيها، فالطريقة الوحيدة التي يمكن للهواء أن تجعلها أكبر هي إذا احتل الهواء مساحة، لذا فإن نصف إثباتنا كامل، وقم بربط البالونات لإغلاقها حتى تظل منتفخة، وعلى الرغم من أن الهواء له كتلة، إلا أن حجمًا صغيرًا، مثلاً الهواء الموجود في البالونات لا يحتوي على الكثير من الهواء إنه ليس كثيفًا جدًا، ويمكننا أن نبين أن الهواء الموجود في البالون له كتلة من خلال بناء توازن.

لهذا، ستحتاج إلى عصا متر وبعض الشريط اللاصق وبعض الخيط وإبرة حادة، وخذ جزءًا من الخيط وأربط أحد طرفيه بمنتصف عصا القياس، وخذ الطرف الآخر من الخيط وألصقه بأعلى طاولة، فقط تأكد من أن عصا العداد حرة في التحرك، وقم بربط جزءًا من الخيط بكل بالون، وعلى بالون واحد، قم بعمل “X” بقطعتين من الشريط وخذ البالونات وأربط كل واحدة منها بعصا القياس، واحدة على كل طرف من طرفي عصا القياس، لذا، في الوقت الحالي، يجب أن يكون لديك بالونان معلقان من عصا متر، واحد من كل طرف، وإذا تغيرت كتلة أحد البالونات، فسنكون قادرين على معرفة ذلك لأن عصا العداد “ستميل” نحو الجسم الأكثر كتلة، ولذا، كل ما عليك فعله هو ترك الهواء يخرج من أحد البالونات، وخذ الإبرة وقم بعمل ثقب بعناية في وسط “X”، أنت لا تريد فرقعة البالون فقط تريد عمل ثقب حتى يتسرب الهواء للخارج، ونأمل أن يبقي الشريط البالون معًا …

ماذا حدث؟ إذا سارت الأمور على ما يرام، فقد بالون واحد هواءه بطريقة هادئة للغاية دون إرسال أحشاء البالون في جميع أنحاء الغرفة، فإن يجب أن تكون نهاية العداد مع البالون المفرغ قد ارتفعت في الهواء، ولقد فعلت ذلك بسبب وجود كتلة أقل في البالون بعد تفريغه، إن الطريقة الوحيدة التي يمكن أن يفقد بها البالون الكتلة هي إذا كان الهواء الموجود بداخله به كتلة، ولقد أظهرت من خلال هذه التجربة أن الهواء يشغل حيزًا وله كتلة، لذا فقد أثبتت أن الهواء مادة.[2]

أي نوع من المواد هو الهواء

الهواء هو مثال على نوع المادة المعروفة بالغاز

.

والأشكال الشائعة الأخرى للمادة هي المواد الصلبة والسوائل، والغاز هو شكل من أشكال المادة التي يمكن أن تغير شكلها وحجمها، وبالنظر إلى البالون المملوء بالهواء، فأنت تعلم أنه يمكنك ضغط البالون لتغيير شكله، ويمكنك ضغط البالون لدفع الهواء إلى حجم أصغر، وعندما تفرقع البالون يتمدد الهواء لملء حجم أكبر، وإذا قمت بتحليل الهواء، فهو يتكون في الغالب من النيتروجين والأكسجين مع كميات أقل من العديد من الغازات الأخرى، بما في ذلك الأرجون وثاني أكسيد الكربون والنيون، ويعد بخار الماء مكونًا مهمًا آخر للهواء.

كمية المادة في الهواء ليست ثابتة

كمية المادة في عينة من الهواء ليست ثابتة من مكان إلى آخر

.

وتعتمد كثافة الهواء على درجة الحرارة والارتفاع، ويحتوي لتر الهواء من مستوى سطح البحر على العديد من جزيئات الغاز أكثر من لتر الهواء من قمة الجبل، والتي بدورها تحتوي على مادة أكثر بكثير من لتر من الهواء من الستراتوسفير، ويكون الهواء أكثر كثافة بالقرب من سطح الأرض، وعند مستوى سطح البحر يوجد عمود كبير من الهواء يندفع نحو الأسفل على السطح، ويضغط الغاز في القاع ويعطيه كثافة وضغطًا أعلى، إنه مثل الغوص في حوض السباحة والشعور بالضغط يزداد كلما تعمقت في الماء، وباستثناء أن الماء السائل لا ينضغط بسهولة مثل الهواء الغازي، بينما لا يمكنك رؤية الهواء فكونه غازًا، فإن جزيئاته متباعدة جدًا، وعندما يتكثف الهواء في شكله السائل، ويصبح مرئيًا.[3]