что такое масса в физике простыми словами

Способы измерения массы тела в физике

Масса тела в физике

Масса тела (m) — это скалярная физическая величина, которая является мерой инертности тела и гравитационного взаимодействия.

Масса тела отображает, как оно сопротивляется изменению скорости и как сильно притягивается к Земле. Чем больше масса тела, тем меньше изменяется его скорость при воздействии на него.

В международной системе единиц (СИ) массу измеряют в килограммах.

Масса — это аддитивная (то есть добавочная) величина. Масса совокупности тел или материальных точек равна сумме масс всех отдельный тел.

Масса тела не зависит от движения тела, его расположения и воздействия других тел. Согласно закону сохранения массы, в замкнутой механической системе тел масса неизменна во времени.

Чем отличается от веса тела, связь инерции и массы

Хотя в повседневности понятие «масса» часто путают с понятием «вес», в физике они сильно отличаются.

Вес тела (P) — это сила, с которой тело действует на опору или подвес.

Перечислим основные различия массы и веса.

Инертность — это свойство тела препятствовать изменению своей скорости при воздействии на него внешних сил.

Инерция — это физическое явление, при котором тело сохраняет свою скорость постоянной или находится в покое, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано.

Закон инерции постулируется первым законом Ньютона. Приведем современную формулировку закона.

Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Второй закон Ньютона в классической механике вводит массу как проявление инертности тела или материальной точки в определенной системе отсчета.

Согласно современной формулировке, второй закон Ньютона звучит следующим образом.

В инерциальной системе отсчёта ускорение, которое получает материальная точка с постоянной массой, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально её массе.

В виде формулы закон выглядит как:

где a → — ускорение материальной точки, F → — равнодействующая сил, приложенных к материальной точке, m — масса материальной точки.

Что характеризует, каким прибором измеряют

Выделяют два вида массы:

Инертная масса показывает инертность тел и выражена во втором законе Ньютона.

Гравитационная масса характеризует силу, с которой тело взаимодействует с полями тяготения и какое гравитационное поле создает само. Входит в закон всемирного тяготения.

Согласно экспериментам на Земле, разницы между гравитационной массой и инертной нет, так что их можно считать равными и объединять в общее краткое понятие. Как правило, они также имеют общее обозначение m.

Масса измеряется в килограммах (кг). Для того, чтобы ее измерить, используют специальный прибор – весы.

Весы измеряют массу тела, а не его вес. Но в повседневном сознании эти понятия считают синонимичными.

В Международном бюро мер и весов находится эталон массы в 1 кг. С 2018 года им является цилиндр диаметром и высотой в 39,17 мм. Цилиндр состоит из сплава, состоящего на 90% из платины и на 10% из иридия.

Как выражается через плотность и объем, формула

Из этой формулы можно вывести формулу массы.

Примеры решения задач на второй закон Ньютона

Второй закон Ньютона описывает взаимосвязь ускорения, равнодействующей всей сил, приложенных к телу, а также массы тела. Это основной закон динамики.

Напомним формулу Второго закона:

Решим несколько задач по этой формуле.

Решение. Ускорение и сила, действующая на тело, направлены в одну сторону. Соответственно, ускорение и равнодействующую сил можно рассматривать как скалярные величины.

Дано. Тело массой 10 кг, двигаясь равноускоренно без начальной скорости, за 1 мин прошло в горизонтальном направлении путь, равный 27 м. Произведите необходимые расчеты, чтобы определить, чему равна сила, действующая на тело.

Решение. Прежде чем проводить вычисления, необходимо перевести все единицы в единую систему измерений. Возьмем СИ. Масса выражена в кг, путь — в м. Необходимо перевести время в с:

Ускорение можно найти по формуле пути равноускоренного движения:

S = a t 2 2 ⇒ a = 2 S t 2

Теперь можно найти силу F:

Источник

Масса или вес

Много лет назад, заканчивая школу, я был полностью уверен, что при взвешивании чего либо мы определяем вес тела, и уже зная его, можем вычислить его массу, разделив полученное значение на ускорение свободного падения. Мир, в который я пришел с этими знаниями был для меня незыблемым, так как мне казалось, что за школьные годы я овладел важным фундаментальным знанием и знал что такое вес, и что такое масса.
Некоторая неловкость была с единицами измерения. Вес измерялся в каких-то килограмм-силах, а масса в килограммах. Когда я приходил в магазин или на рынок, мне почему-то всё взвешивали в килограммах, а не в килограмм-силах. Было странно, но для повседневной жизни не критично.
Более серьезное неудобство возникло, когда пришлось пользоваться таблицами плотности вещества. Из курса физики я знал, что плотность измеряется отношением массы тела к объёму который оно занимает. Собственно это подтверждается и единицей измерения плотности, которая приводится в каждой таблице: кг/м куб. Казалось бы ситуация предельно проста. Измеряем объём тела, умножаем его на табличное значение плотности и получаем значение массы. Для того чтобы узнать сколько тело весит это значение необходимо умножить на ускорение свободного падения.
И вот тут возникла первая серьезная неприятность. Значения плотности в таблицах приведены не в массах, а в весе. Это уже был серьезный звоночек. Чтобы вычислить массу тела с использованием табличных данных, приходилось все время держать в уме, что это в расчете получается не масса, а вес, который уже отдельным действием надо приводить к массе.
Извращенность физики приучала к извращенному мышлению: читаем одно, думаем о другом, пишем третье.
Но даже к такой круговерти гибкое человеческое мышление адаптируется. Но вот то, что у нас международный эталон массы в один килограмм, оказался равным одной килограмм-силе, уже находится за гранью какого либо понимания.
Эталон массы выполнен из платины в виде цилиндра с одинаковой высотой и диаметром: 39 мм, т.е. имеет объём 46,59 см куб.
Один килограмм это 1000 грамм. Делим 1000 г на 46,59 см куб. Получаем 21,46 г/см куб.
Это значение соответствует плотности платины выраженной… в ВЕСЕ!
Вот с такой неразберихой наука претендует на исключительность знаний об окружающем нас мире.
Чему уж тут удивляться, что многие люди просто не видят разницы между весом и массой, если даже на международном уровне такая мешанина явление обычное.

Справедливости ради следует отметить, что неразбериха с массой и весом вызвана применяемыми в настоящее время единицами измерения.
В международной системе СИ вес как сила должен измеряться в Ньютонах, а в обыденной практике и технических расчетах применяют килограмм-силу (кгс), которая соответствует 9,8 Н и представляет собой силу которую развивает тело массой в 1 кг и ускорением свободного падения. Поэтому когда вес измеряется в кгс, то численно он равен массе тела в кг.
Поскольку переход от массы к весу должен иметь некую формульную зависимость, но которую в справочниках не приводят, то пользователь сам должен догадываться что в данном случае подразумевал составитель того или иного справочника.
Не удобно, но жить можно.

Источник

Что такое масса в физике простыми словами

Есть инерция, а есть инертность. Инерция – это физическое явление, инертность – это свойство тел. Все тела обладают этим свойством, все тела инертны. Это означает, что у каждого тела скорость меняется не сразу под действием другого тела, некоторое время она сохраняется. У каких-то тел скорость изменить легче, это происходит быстро и с меньшим усилием при воздействии. У каких-то тел всё наоборот – скорость изменить трудно, это происходит медленно, усилия нужны значительные. Значит, есть тела разной инертности. Как измерять инертность? Что служит мерой инертности тел? Это всем знакомая величина – масса.

Масса в физике обозначается буквой m, происходит от греч. слова μάζα — кусок, глыба, ком.

Масса как научный термин была введена И. Ньютоном.

Самым известным деревом, на котором растут «конфеты», является цератония. Это вечнозеленое растение высотой до 10 метров встречается в субтропиках Средиземноморья и Малой Азии. Дерево это внешне похоже на белую акацию и относится к тому же семейству бобовых; плоды называют «цареградскими стручками», или «сладкими царскими рожками», поэтому в научной литературе его еще именуют рожковым деревом. Стручки у цератонии очень крупные (до 10 — 25 сантиметров в длину, 4 — в ширину и 1 см в толщину), внутри они заполнены сочной сладковатой мякотью с семенами. Мякоть содержит до 50 процентов сахара!

В давние времена торговцы сладостями стали привозить их на Русь и продавали по очень большой цене как «конфеты» из Царьграда. Быстро расходился и отжатый из плодов сок — сладкий сироп. Импорт цареградских стручков процветал до самых последних лет существования царской России, а потом о «царских конфетах» почему-то стали забывать. Однако это дерево оставило среди людей и иную память.

Еще древние ювелиры и аптекари заметили, что семена цератонии на удивление однородны по массе (200 мг), поэтому семенами как маленькими гирьками стали пользоваться при взвешивании благородных металлов, драгоценных камней и лекарств. Конечно, сейчас рожковое дерево уже не применяется в такой роли, однако вес одного семени — карат (от греческого цератония, или «кератос») до сих пор состоит на службе у человека.

Масса Солнца 2 х 10 30 кг.

Масса Земли 6 х 10 24 кг.

Самый крупный град обрушился в 1986 году на Бангладеш. Вес градин достигал 1 кг.

Этим летом один английский фермер вырастил луковицу, масса которой 7 кг.

Слоны самые крупные современные наземные млекопитающие. Их масса до 7,5 т.

Маленькая птичка королек имеет массу всего 5–7 г.

Лягушка – бык имеет массу до 600 г.

Бамбуковый медведь – панда, имеет массу 150 кг, в день он съедает 10 – 20 кг бамбука.

Знаю я с седьмого класса:
Главное для тела – масса.
если масса велика,
Жизнь для тела нелегка:
С места тело трудно сдвинуть,
Трудно вверх его подкинуть,
Трудно скорость изменить.
Только в том кого винить?

Как рассчитать индекс массы тела (ИМТ)

Индекс массы тела можно вычислить по формуле:

Массу тела в килограммах следует разделить на величину роста в метрах, возведенную в квадрат:

ИМТ = 85 : (1,61*1,64) = 31,6

Показатель индекса массы тела был предложен в качестве определителя нормальной массы тела бельгийским социологом и статистиком Адольфом Кетеле (Adolphe Quetelet) ещё в 1869 году.

В соответствии с рекомендациями Всемирной Организации Здравоохранения разработана следующая интерпретация показателей ИМТ:

Соответствие между массой человека и его ростом

Источник

Масса

Ма́сса (от греч. μάζα ) — скалярная физическая величина, одна из важнейших величин в физике. Первоначально (XVII—XIX века) она характеризовала «количество вещества» в физическом объекте, от которого, по представлениям того времени, зависели как способность объекта сопротивляться приложенной силе (инертность), так и гравитационные свойства — вес. Тесно связана с понятиями «энергия» и «импульс» (по современным представлениям — масса эквивалентна энергии покоя).

В современной физике понятие «количество вещества» имеет другой смысл, а концепцию «массы» можно трактовать несколькими способами:

Прямые обобщения понятия массы включают в себя тензорные присоединённую массу и эффективную массу — как характеристики инерциальных свойств системы «тело плюс среда» в гидродинамике и квантовой теории. В квантовой теории рассматриваются также поля с нестандартными кинетическими членами, например, поле Хиггса, которые можно рассматривать как поля, масса квантов которых зависит от их энергии.

Содержание

Принцип эквивалентности

Все явления в гравитационном поле происходят точно так же, как в соответствующем поле сил инерции, если совпадают напряжённости этих полей и одинаковы начальные условия для тел системы.

Гравитационная масса — характеристика материальной точки при анализе в классической механике, которая полагается причиной гравитационного взаимодействия тел, в отличие от инертной массы, которая определяет динамические свойства тел.

Как установлено экспериментально, эти две массы пропорциональны друг другу. Не было обнаружено никаких отклонений от этого закона, поэтому новых единиц измерения для инерционной массы не вводят (используют единицы измерения гравитационной массы) и коэффициент пропорциональности считают равным единице, что позволяет говорить и о равенстве инертной и гравитационной масс.

Можно сказать, что первая проверка пропорциональности двух видов массы была выполнена Галилео Галилеем, который открыл универсальность свободного падения. Согласно опытам Галилея по наблюдению свободного падения тел, все тела, независимо от их массы и материала, падают с одинаковым ускорением свободного падения. Сейчас эти опыты можно трактовать так: увеличение силы, действующей на более массивное тело со стороны гравитационного поля Земли, полностью компенсируется увеличением его инертных свойств.

Следует различать «слабый принцип эквивалентности» и «сильный принцип эквивалентности». Сильный принцип эквивалентности можно сформулировать так: в каждой точке пространства-времени в произвольном гравитационном поле можно выбрать локально-инерциальную систему координат, такую, что в достаточно малой окрестности рассматриваемой точки законы природы будут иметь такую же форму, как и в не ускоренных декартовых системах координат, где под «законами природы» подразумевают все законы природы.
Слабый принцип отличается тем, что слова «законы природы» заменяются в нем словами «законы движения свободно падающих частиц». Слабый принцип — это не что иное, как другая формулировка наблюдаемого равенства гравитационной и инертной масс, в то время как сильный принцип представляет собой обобщение наблюдений за влиянием гравитации на любые физические объекты.

Определение массы

В специальной теории относительности под массой понимают модуль 4-вектора импульса [5] :

,

где E — полная энергия свободного тела, p — его импульс, c — скорость света.

В случае произвольной метрики пространства-времени (как в общей теории относительности) это определение требует некоторого обобщения:

Здесь — метрический тензор, — 4-импульс.

Определённая выше масса является релятивистским инвариантом, то есть она одна и та же во всех системах отсчёта. Если перейти в систему отсчёта, где тело покоится, то — масса определяется энергией покоя.

Особенно просто выглядят эти определения в системе единиц, в которой скорость света принята за 1 (например, в планковской или же в принятой в физике элементарных частиц системе единиц, в которой масса, импульс и энергия измеряются в электронвольтах):

В СТО: В ОТО:

Следует, однако, отметить, что частицы с нулевой массой (фотон и гипотетический гравитон) двигаются в вакууме со скоростью света (c ≈ 300000 км/сек), и поэтому не существует системы отсчёта, в которой бы они покоились. Напротив, частицы с ненулевой массой всегда движутся медленнее скорости света.

В нерелятивистской классической механике — масса есть величина аддитивная (масса системы равна сумме масс составляющих её тел) и инвариантная относительно смены системы отсчёта. В релятивистской механике масса неаддитивная, но тоже инвариантная величина, определяемая, как абсолютная величина 4-вектора энергии-импульса.

О «массе покоя» и «релятивистской массе»

В современной терминологии термин масса применяется вместо терминов инвариантная масса или масса покоя, являясь полностью эквивалентным им по смыслу. В некоторых ситуациях (особенно в популярной литературе) это, однако, уточняется явно, чтобы избежать путаницы из-за понимания термина масса в другом — устаревшем — смысле, описанном в этом параграфе.

Полным аналогом классического определения импульса через массу и скорость в СТО следует считать ковариантное равенство:

, где m — инвариантная масса, а u_μ — 4-скорость (производная от 4-координаты по собственному времени частицы ; единичный вектор, направленный вдоль мировой линии частицы).

Также можно записать ковариантный эквивалент второго закона Ньютона:

, где — 4-ускорение (кривизна мировой линии частицы).

Масса составных и нестабильных систем

Масса элементарной частицы постоянна, и одинакова у всех частиц данного типа и их античастиц. Однако масса массивных тел, составленных из нескольких элементарных частиц (например, ядра или атома) может зависеть от их внутреннего состояния. В частности, для устойчивых систем масса системы всегда меньше суммы масс её элементов на величину, называемую дефектом массы, и равную энергии связи, делённой на квадрат скорости света.

Для системы, подверженной распаду (например, радиоактивному), величина энергии покоя определена лишь с точностью до постоянной Планка, делённой на время жизни: . При описании такой системы при помощи квантовой механики удобно считать массу комплексной, с мнимой частью равной означенному Δm.

Классификация частиц по значению массы

Масса известных на сей день частиц является, в общем, неотрицательной величиной, и должна быть равна нулю для тела, движущегося со скоростью света (фотон). Понятие массы особенно важно для физики элементарных частиц, так как позволяет отделять безмассовые частицы (всегда двигающиеся со скоростью света) от массивных (скорость которых всегда ниже скорости света). Кроме того, масса практически однозначно позволяет идентифицировать частицу (с точностью до зарядового сопряжения).

Положительная масса

К частицам с положительной массой (тардионам) относятся почти все частицы Стандартной модели: лептоны, кварки, W- и Z-бозоны. Эти частицы могут двигаться с любой скоростью, меньшей скорости света, в том числе покоиться. К тардионам относятся также все известные составные частицы: протон, нейтрон, гипероны и мезоны.

Нулевая масса

К известным на сегодняшний день частицам нулевой массы (безмассовым, люксонам) относятся фотоны и глюоны, а также гипотетические гравитоны. Такие частицы в свободном состоянии могут двигаться только со скоростью света. Но поскольку из квантовой хромодинамики следует, что глюоны в свободном состоянии не существуют, то непосредственно наблюдать движущимися со скоростью света можно только фотоны (собственно, именно поэтому её называют скоростью света). Долгое время считалось, что нейтрино также имеют нулевую массу, однако обнаружение вакуумных нейтринных осцилляций свидетельствует о том, что масса нейтрино хоть и очень мала, но не равна нулю.

Следует отметить, что комбинация нескольких частиц нулевой массы может (а в случае, например, сцепленных частиц — должна) иметь ненулевую массу.

Отрицательная масса

Мнимая масса

В рамках специальной теории относительности математически возможно существование частиц с мнимой массой, так называемых тахионов. Такие частицы будут иметь реальные значения энергии и импульса, а их скорость должна всегда быть выше скорости света. Однако допущение возможности наблюдения одиночных тахионов вызывает ряд методологических трудностей (например, нарушение принципа причинности), поэтому в большинстве современных теорий одиночные тахионы не вводятся. Впрочем, в квантовой теории поля мнимая масса может быть введена для рассмотрения тахионной конденсации, не нарушающей принцип причинности.

Единицы измерения массы

В системе СИ масса измеряется в килограммах. Единицей измерения массы в системе СГС является грамм ( 1 ⁄₁₀₀₀ килограмма). Вообще говоря, в любой системе измерения выбор основных (первичных) физических величин, их единиц измерения и их число произволен — зависит от принимаемого соглашения и масса не всегда входит в их состав — так в системе МКГСС единица массы была производной единицей и измерялась в кГс/м•с² (обозначалась как «т. е. м.» или «инерта»). В атомной физике принято сравнивать массу с атомной единицей массы, в физике твёрдого тела — с массой электрона, в физике элементарных частиц массу измеряют в электронвольтах. Кроме этих единиц, используемых в науке, существует большое разнообразие исторических единиц измерения массы, которые сохранили свою отдельную сферу использования: фунт, унция, карат, тонна и др. В астрономии единицей для сравнения масс небесных тел служит масса Солнца.

Измерение массы

Этимология и история понятия

Долгое время одним из главных законов природы считался закон сохранения массы. Однако в XX веке выяснилось, что этот закон является ограниченным вариантом закона сохранения энергии, и во многих ситуациях не соблюдается.

Источник

Чем отличается масса от веса?

У терминов «масса» и «вес» существует несколько определений. Поэтому неудивительно, что порой бывает сложно разобраться в том, что действительно значат данные понятия и чем они отличаются между собой. Рассмотрим вес и массу с точки зрения физики.

Что такое масса?

Масса в физике – это скалярная величина. Она определяет свойства тела в ситуациях, когда его скорость существенно ниже скорости света. Массу разделяют на две разновидности:

Масса определяет, сколько вещества содержится в предмете, и выражается в килограммах. Численно она приблизительно соответствует весу тела в кгс (килограмм-сила), которое находится в состоянии покоя у земной поверхности. В обыденных ситуациях слова «вес» и «масса» часто употребляются в качестве синонимов, но это не одно и то же.

Интересный факт: часто на упаковках с продуктами можно встретить два значения массы – нетто и брутто, которые могут вызвать трудности. На самом деле здесь нет ничего сложного, поскольку масса нетто показывает, сколько весит продукт в чистом виде, а масса брутто – вместе с упаковкой.

Например, если вес космонавта на Земле составляет 80 кг, то на орбите он будет практически равен нулю, на Луне – около 15 кг, а на Юпитере – 200 кг. При этом масса во всех ситуациях остается одинаковой.

При измерении массы не принимается во внимание действие различных сил. Ее рассчитывают, когда тело находится в состоянии покоя и инертности. Примечательно, что в медицине обычно приходится иметь дело с такими понятиями, как «вес человека», хотя, по сути, речь идет о массе.

Что такое вес?

Вес, согласно определению, представляет собой силу, с которой тело действует на определенную опору. Она возникает в гравитационном поле и не дает телу упасть. Вес в физике измеряют в ньютонах (10 Н = 1 кгс). Также в научной литературе встречается другое определение веса – в качестве силы притяжения тела Землей.

Вес зависит от высоты, на которой находится тело. Его значение пропорционально ускорению свободного падения. Так как с увеличением высоты этот показатель снижается, то уменьшается и вес тела.

Интересный факт: вследствие суточного вращения Земли существует понятие широтного уменьшения веса. Так, на экваторе он приблизительно на 0,3% меньше по сравнению с полюсами.

Чем отличается масса от веса?

Главные отличия между массой и весом:

Источник