اصل بقای جرم بیان می کند که جرم در یک سیستم بسته ایجاد یا از بین نمی رود. این مفهوم بنیادی چندین رشته علمی از جمله انرژی، ماده، شیمی، فیزیک، مکانیک، قوانین فیزیک و دینامیک سیالات را پل می کند.
در شیمی، بقای جرم هنگام متعادل کردن معادلات شیمیایی حیاتی است. این قانون نشان می دهد که جرم واکنش دهنده ها در یک واکنش شیمیایی باید با جرم محصولات برابر باشد. برای مثال، واکنش ساده بین گاز هیدروژن ( \(H_2\) ) و گاز اکسیژن ( \(O_2\) ) را برای تشکیل آب ( \(H_2O\) ) در نظر بگیرید.
معادله: \(2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O\)
مجموع جرم 2 مولکول گاز هیدروژن و 1 مولکول گاز اکسیژن قبل از واکنش برابر است با جرم 2 مولکول آب تولید شده پس از واکنش. این نشان می دهد که چگونه جرم حفظ می شود، حتی زمانی که واکنش دهنده ها به مواد مختلف تبدیل می شوند.
فیزیک بقای جرم را در زمینه های مختلف از جمله تبدیل انرژی و دینامیک سیالات بررسی می کند. طبق قانون، در یک سیستم بسته، جرم در طول زمان ثابت می ماند.
در حوزه انرژی، معادله معروف آلبرت انیشتین، \(E=mc^2\) رابطه بین جرم ( \(m\) ) و انرژی ( \(E\) ) را نشان می دهد که \(c\) است. سرعت نور این معادله نشان می دهد که جرم می تواند به انرژی تبدیل شود و بالعکس، اما مقدار کل جرم و انرژی در سیستم ثابت می ماند.
در دینامیک سیالات، بقای جرم به اصل تداوم ترجمه می شود. برای یک سیال تراکم ناپذیر که از طریق لوله ای با قطرهای مختلف جریان می یابد، دبی جرمی باید ثابت بماند. این را می توان با \(A_1V_1 = A_2V_2\) توصیف کرد، که در آن \(A\) سطح مقطع لوله و \(V\) سرعت سیال است. این معادله تضمین می‌کند که همان مقدار جرم وارد و خارج از یک بخش لوله می‌شود و بقای جرم را در عمل نشان می‌دهد.
بقای جرم نیز نقش مهمی در مکانیک و قوانین وسیع تری از فیزیک مانند قوانین حرکت نیوتن ایفا می کند. به عنوان مثال، تکانه یک سیستم در غیاب نیروهای خارجی حفظ می شود. اگر دو جسم با هم برخورد کنند، جرم کل قبل و بعد از برخورد بدون تغییر باقی می‌ماند، حتی اگر اجسام ممکن است شکل، سرعت یا جهت خود را تغییر دهند.
در زمینه قوانین فیزیک، بقای جرم یک اصل اساسی است که از مفهوم بقای انرژی پشتیبانی می کند. این اصول در درک رفتار سیستم های فیزیکی، از ماشین های ساده گرفته تا ساختارهای پیچیده، حیاتی هستند.
چندین آزمایش ساده می تواند بقای جرم را نشان دهد. یک مثال حل کردن نمک در آب است. در ابتدا جرم آب و نمک را به طور جداگانه اندازه گیری کردند و سپس در یک لیوان مخلوط کردند تا نمک حل شود. مجموع جرم لیوان با محلول نمک برابر با مجموع جرم های جداگانه آب و نمک است که نشان دهنده بقای جرم است.
آزمایش دیگر شامل یک سیستم بسته است، مانند یک بالون پر از هوا. اگر بالون وزن شود، سپس باد شود و دوباره وزن شود بدون اینکه اجازه خروج هوا داده شود، جرم به همان صورت باقی می ماند. این نشان می دهد که حتی با تغییر شکل و حجم، جرم درون سیستم بسته حفظ می شود.
بقای جرم یک مفهوم اساسی است که در طیف وسیعی از رشته های علمی کاربرد دارد. چه در واکنش های شیمیایی، تبدیل انرژی، دینامیک سیالات یا سیستم های مکانیکی، این اصل که جرم نمی تواند در یک سیستم بسته ایجاد یا از بین برود، به طور مداوم رعایت می شود. درک این اصل برای دانش آموزان و دانشمندان به طور یکسان بسیار مهم است، زیرا اساس بسیاری از درک ما از جهان فیزیکی را تشکیل می دهد.
