Fizikinių terminų supratimas ir dydžių apibrėžimų žinojimas vaidina svarbų vaidmenį tiriant įvairius dėsnius ir sprendžiant fizikos problemas. Viena iš pagrindinių sąvokų yra kūno masės sąvoka. Pažvelkime atidžiau į klausimą: kas yra kūno svoris?
Istorija
Atsižvelgiant į šiuolaikinį fizikos požiūrį, galima drąsiai teigti, kad kūno masė yra charakteristika, kuri pasireiškia judėjimo metu, sąveikaujant tarp realių objektų, taip pat vykstant atominėms ir branduolinėms transformacijoms. Tačiau šis masės supratimas susiformavo visai neseniai, pažodžiui pirmaisiais XX amžiaus dešimtmečiais, dėl Einšteino sukurtos reliatyvumo teorijos.
Grįždami toliau į istoriją, primename, kad kai kurie senovės Graikijos filosofai manė, kad judėjimas neegzistuoja, todėl nebuvo kūno masės sampratos. Nepaisant to, egzistavo kūno svorio samprata. Norėdami tai padaryti, pakanka prisiminti Archimedo įstatymą. Svoris yra susijęs su kūno svoriu. Tačiau jų vertė nėra ta pati.
BŠiuolaikinėje eroje Dekarto, Galilėjaus ir ypač Niutono darbų dėka susiformavo dviejų skirtingų masių sampratos:
- inercija;
- gravitacinė.
Kaip vėliau paaiškėjo, abu kūno masės tipai yra ta pati vertė, kuri pagal savo prigimtį būdinga visiems mus supantiems objektams.
Inercinė
Kalbėdami apie inercinę masę, daugelis fizikų pradeda pateikti antrojo Niutono dėsnio formulę, kurioje jėga, kūno masė ir pagreitis yra sujungti į vieną lygybę. Tačiau yra ir fundamentalesnė išraiška, pagal kurią savo dėsnį suformulavo pats Niutonas. Tai susiję su judėjimo kiekiu.
Fizikoje impulsas suprantamas kaip vertė, lygi kūno masės m sandaugai ir jo judėjimo erdvėje greičio v, tai yra:
p=mv
Bet kurio kūno reikšmės p ir v yra vektoriniai charakteristikos kintamieji. Reikšmė m yra tam tikra nagrinėjamo kūno koeficiento konstanta, jungianti p ir v. Kuo didesnis šis koeficientas, tuo didesnė bus p reikšmė esant pastoviam greičiui ir tuo sunkiau sustabdyti judėjimą. Tai yra, kūno masė yra jo inercinių savybių charakteristika.
Naudodamas rašytinę p išraišką, Niutonas gavo savo garsųjį dėsnį, kuris matematiškai apibūdina impulso pokytį. Paprastai jis išreiškiamas tokia forma:
F=ma
Čia F yra jėga, kuri veikia kūną, kurio masė yra m, ir suteikia jam pagreitį a. Kaip irankstesnėje išraiškoje masė m yra proporcingumo koeficientas tarp dviejų vektoriaus charakteristikų. Kuo didesnė kūno masė, tuo sunkiau pakeisti jo greitį (mažiau nei a) naudojant pastovią veikiančią jėgą F.
Gravitacija
Per visą istoriją žmonija sekė dangų, žvaigždes ir planetas. Dėl daugybės stebėjimų XVII amžiuje Izaokas Niutonas suformulavo savo visuotinės gravitacijos dėsnį. Pagal šį dėsnį du masyvūs objektai traukia vienas kitą proporcingai dviem konstantoms M1 ir M2 ir atvirkščiai proporcingi kvadratui atstumas R tarp jų, tai yra:
F=GM1 M2 / R2
Čia G yra gravitacinė konstanta. Konstantos M1 ir M2 vadinamos sąveikaujančių objektų gravitacinėmis masėmis.
Taigi, kūno gravitacinė masė yra traukos tarp realių objektų matas, kuris neturi nieko bendra su inercine mase.
Kūno svoris ir masė
Jei aukščiau pateikta išraiška taikoma mūsų planetos gravitacijos jėgai, galima parašyti tokią formulę:
F=mg, kur g=GM / R2
Čia M ir R yra atitinkamai mūsų planetos masė ir jos spindulys. G reikšmė yra kiekvienam moksleiviui žinomas laisvojo kritimo pagreitis. Raidė m žymi kūno gravitacinę masę. Ši formulė leidžia apskaičiuoti kūno, kurio masė yra m, Žemės traukos jėgą.
Pagal trečiąjį Niutono dėsnį, jėga F turi būtiyra lygus atramos N reakcijai, ant kurios remiasi kūnas. Ši lygybė leidžia mums įvesti naują fizinį dydį – svorį. Svoris – tai jėga, kuria kūnas ištempia pakabą arba spaudžia tam tikrą atramą.
Daugelis žmonių, kurie nėra susipažinę su fizika, neskiria svorio ir masės sąvokų. Kartu tai visiškai skirtingos vertybės. Jie matuojami skirtingais vienetais (masė kilogramais, svoris niutonais). Be to, svoris – ne kūno savybė, o masė. Nepaisant to, galite apskaičiuoti kūno masę m, žinodami jo svorį P. Tai daroma naudojant šią formulę:
m=P / g
Mišios yra vienintelė charakteristika
Aukščiau buvo pažymėta, kad kūno masė gali būti gravitacinė ir inercinė. Kurdamas savo reliatyvumo teoriją, Albertas Einšteinas rėmėsi prielaida, kad pažymėti masės tipai atspindi tą pačią materijos savybę.
Iki šiol įvairiose situacijose buvo atlikta daugybė abiejų tipų kūno masės matavimų. Visi šie matavimai leido daryti išvadą, kad gravitacinės ir inercinės masės sutampa su joms nustatyti naudotų instrumentų tikslumu.
Sparti branduolinės energetikos plėtra praėjusio amžiaus viduryje pagilino masės sampratos supratimą, kuri, kaip paaiškėjo, yra susijusi su energija per šviesos greičio konstantą. Kūno energija ir masė yra vienos materijos esmės pasireiškimas.
