الكتلة هي مقدار فيزيائي، وتعرف على أنها مقدار ما يحويه الجسم من مادة، وهي تختلف عن الوزن في أنها لا تعتمد على قوة الجاذبية، أما الوزن فيعتمد على قوة الجاذبية ولذلك يتغير الوزن بتغير المكان. والكتلة أيضا مفهوم مركزي من الميكانيكا والمواضيع ذات العلاقة بها، تقاس بوحدات كالجراموالكيلوجرام. وهي إحدى خصائص المادة الثلاث. يرمز لها بالحرف ك أو m وهي مقدار ثابت لا يتغير في أي زمان ومكان. وقد تستخدم يوميا بمعنى الوزن دون الاهتمام بمعناها الفيزيائي، ولكن في الاستخدام العلمي فإنها تشير إلى خصائص مختلفة.
العلاقة بين خصائص الكتلة والثوابت الفيزيائية المرتبطة بها. ويعتقد أن كل جسم ضخم يظهر جميع الخصائص الخمسة. ولكن وبسبب الثوابت الكبيرة للغاية أو الصغيرة للغاية، فمن المستحيل عموما التحقق من أكثر من خاصيتين أو ثلاثة خصائص لأي جسم.
- نصف قطر شفارتزشيلد (rs) يمثل قدرة الكتلة على إحداث انحناء في الزمان والمكان.
- معامل الجاذبية القياسي (μ) يمثل قدرة الأجسام الضخمة لممارسة قوى الجاذبية النيوتونية على الأجسام الأخرى.
- الكتلة العطالية (m) تمثل الاستجابة النيوتونية للكتلة للقوى .
- الطاقة الساكنة (E0) تمثل قدرة تحول الكتلة إلى أشكال أخرى من الطاقة.
- طول موجة كومبتون (λ) يمثل الاستجابة الكمية للكتلة للهندسة المحلية (المكانية).
هناك طريقتان، على وجه التحديد، لتعريف الكتلة عمليا:
- كتلة القصور (inertial mass): وهي تحدد تسارع الجسم بوجود قوة مؤثرة. وبحسب قانون نيوتن الثاني، إذا تأثر جسم ما ذو كتلة m بقوة F، فإن تسارعه a يعطى بالعلاقة F/m. فهي مقياس لقصور الجسم الذاتي، ومقاومته لتغيير حالته من الحركة عندما تطبق عليه قوة ما.
- كتلة الجاذبية (active gravitational mass): مقياس لقوّة تفاعل جسم مع حقل الجاذبية. تحدد كتلة المادة الدرجة التي يتأثر بها الجسم في حقل الجاذبية. فإذا وضع جسم أول ذو كتلة m1 على بعد r من جسم آخر ذي كتلة m2، فإن الجسم الأول يخضع لقوة جذب F تعطى بالعلاقة
حيث G هو ثابت الجاذبية العام، ويساوي 6.67*10−11كغ−1.م3.ثا−2. ويشار إليها أحيانا بكتلة الجاذبية (عندما يكون التمييز ضروريا، يستخدم رمز M ليرمز إلى كتلة الجاذبية الفعالة، ويرمز بـ m إلى كتلة الجاذبية مبدأ التكافؤ في النظرية النسبية العامة.
على سطح الأرض يكون الوزن W لجسم ما مرتبطا بكتلتهm:
حيث g هي التسارع نتيجة الجاذبية الأرضية، ويساوي 9.81 م.ثا−2. ويتوقف وزن الجسم على المكان الموجود فيه هذا الجسم، في حين أن الكتلة لا تتغير. فكتلة جسم 50 كغ تزن 491 نيوتن على سطح الأرض، في حين أن الوزن على سطح القمر يكون 81,5 نيوتن.
ويشترك كلا التعريفين بتفاعل الجسم مع القوة باختلافها إن كانت قوة جاذبية أرضية أو قوة أخرى. و تذهب بعض النظريات الفزيائية إلى أن الكتلة ليست خاصية ثابتة للمادة بل ناتجة عن تفاعل المادة مع ما يسمى مجال هيغز. فكلما كان تحرك الجزيئات بطيء كلما كان الجزيء ثقيلا (انظر آلية هيغز).
قوى تجاذب الكتل: كل جسم في هذا الكون يؤثر بقوة جذب على جسم آخر في هذا الكون، أي أننا نشعر بإجنذابنا نحو الأرض حيث أن:
1- قوة التجاذب تزداد بزيادة كتل الجسم.
2-قوة التجاذب تتناقص بزيادة المسافة من مركز الجسم.
رد مع اقتباس