Koncepcją, którą znamy od wczesnego dzieciństwa jest masa. A jednak w toku fizyki z jej badaniem wiążą się pewne trudności. Dlatego konieczne jest jasne określenie, czym jest masa. Jak możesz ją rozpoznać? A dlaczego nie jest równa wadze?
Wyznaczanie masy
Naturalne naukowe znaczenie tej wartości polega na tym, że określa ona ilość materii zawartej w ciele. Do jego oznaczenia zwyczajowo używa się łacińskiej litery m. Jednostką miary w systemie standardowym jest kilogram. W zadaniach i życiu codziennym często używane są również te poza systemem: gramy i tony.
Na szkolnym kursie fizyki odpowiedź na pytanie: „Czym jest masa?” podane w badaniu zjawiska bezwładności. Następnie definiuje się ją jako zdolność ciała do przeciwstawiania się zmianie prędkości jego ruchu. Dlatego masa jest również nazywana obojętną.
Co to jest waga?
Po pierwsze, jest to siła, czyli wektor. Masa jest wielkością skalarną. Wektor ciężaru jest zawsze przymocowany do wspornika lub zawieszenia i skierowany w tym samym kierunku co grawitacja, czyli pionowo w dół.
Wzór na obliczenie wagi zależy od tego, czyto wsparcie (zawieszenie). W przypadku spoczynku systemu stosuje się następujące wyrażenie:
Р=mg, gdzie Р (litera W jest używana w źródłach angielskich) to masa ciała, g to przyspieszenie swobodnego spadania. W przypadku Ziemi g zwykle przyjmuje się jako równe 9,8 m/s2.
Wzór na masę można wyprowadzić z niego: m=P / g.
Podczas ruchu w dół, czyli w kierunku ciężarka, jego wartość maleje. Dlatego formuła staje się:
Р=m (g - a). Tutaj „a” to przyspieszenie systemu.
To znaczy, gdy te dwa przyspieszenia są równe, stan nieważkości jest obserwowany, gdy masa ciała wynosi zero.
Kiedy ciało zaczyna poruszać się w górę, mówi się o przybraniu na wadze. W takiej sytuacji występuje stan przeciążenia. Ponieważ masa ciała wzrasta, a jej formuła będzie wyglądać tak:
P=m (g + a).
Jak masa ma się do gęstości?
Bardzo proste. Im większa gęstość substancji, z której składa się ciało, tym ważniejsza będzie jego masa. W końcu gęstość definiuje się jako stosunek dwóch wielkości. Pierwszym z nich jest masa, drugim jest objętość. Do oznaczenia tej wartości wybrano grecką literę ρ. Jednostką miary jest stosunek kilograma do metra sześciennego.
Na podstawie powyższego wzór na masę przyjmuje następującą postać:
m=ρV, gdzie litera V oznacza objętość ciała.
Zadania rozrywkowe
Po wyjaśnieniu, czym jest masa, możesz zacząć rozwiązywać problemy. Ci z nichktóre mają wciągające treści, będą bardziej zainteresować uczniów.
Zadanie numer 1. Warunek: Kubuś Puchatek otrzymał dwa identyczne litrowe garnki. Jedna zawiera miód, druga olej. Jak sprawdzić, który miód jest w środku, nie otwierając ich?
Decyzja. Miód ma większą gęstość niż masło. Pierwsza to 1430 kg/m3, a druga to 920 kg/m3. Dlatego przy tej samej objętości doniczek ta z miodem będzie cięższa.
Aby dokładniej odpowiedzieć na pytanie, musisz obliczyć masę miodu i oleju w doniczkach. Znana jest ich objętość - to 1 litr. Ale w obliczeniach będziesz potrzebować wartości w metrach sześciennych. Więc pierwszą rzeczą do zrobienia jest tłumaczenie. Jeden m3 zawiera 1000 litrów. Dlatego przy obliczaniu wyniku należy przyjąć wartość objętości równą 0,001 m3.
Można teraz użyć wzoru na masę, w którym gęstość jest mnożona przez objętość. Po prostych obliczeniach otrzymano następujące wartości masy: 1,43 kg i 0,92 kg, odpowiednio dla miodu i oleju.
Odpowiedź: dzbanek na miód jest cięższy.
Problem nr 2. Warunek: Klaun bez problemu podnosi ciężar, na którym jest napisane, że jego masa to 500 kilogramów. Jaka jest rzeczywista masa odważnika, jeśli jego objętość wynosi 5 litrów, a materiał, z którego jest zrobiony to korek?
Decyzja. W tabeli musisz znaleźć wartość gęstości korka. Jest równy 240 kg/m3. Teraz musisz przetłumaczyć wartość objętości, otrzymasz 0,005 m3.
Znając te wielkości, nietrudno wykorzystać znaną już formułę dopolicz masę fałszywej wagi. Okazuje się, że równa się 1,2 kg. Teraz rozumiem, dlaczego klaun wcale nie jest trudny.
Odpowiedź. Rzeczywista masa odważnika to 1,2 kg.
Problem nr 3. Stan: Dżin siedział w lampie, której objętość nie jest znana. Ale jego gęstość w tym momencie wynosiła 40 000 kg/m3. Po wypuszczeniu z butelki zaczął mieć parametry zwykłego ludzkiego ciała: objętość 0,08 m3, gęstość 1000 kg/m3. Jaka jest głośność lampy?
Decyzja. Najpierw musisz poznać jego masę w stanie normalnym. Będzie równa 80 kg. Teraz możemy przejść do znalezienia głośności lampy. Założymy, że Jean zajmuje w nim całą przestrzeń. Następnie musisz podzielić masę przez gęstość, czyli 80 na 40 000. Wartość wyniesie 0,002 m3. Co jest równe dwóm litrom.
Odpowiedź. Objętość lampy wynosi 2 litry.
Problemy z obliczaniem masy
Kontynuacją rozmowy o tym, czym jest masa, powinno być rozwiązanie zadań życiowych. Oto dwie sytuacje, które wyraźnie zademonstrują zastosowanie wiedzy w praktyce.
Problem nr 4. Stan: W 1979 roku doszło do wypadku tankowca, w wyniku którego do zatoki dostała się ropa. Jego śliwka miała średnicę 640 mi grubość około 208 cm. Jaka jest masa rozlanego oleju?
Decyzja. Gęstość oleju wynosi 800 kg/m3. Aby skorzystać ze znanej już formuły, musisz znać objętość plamki. Łatwo policzyć, czy zajmiemy miejsce na cylinder. Wtedy formuła objętości będzie wyglądać następująco:
V=πr2h.
Ponadto r to promień, a h to wysokość walca. Wtedy objętość będzie równa 668794,88 m3. Teraz możesz obliczyć masę. Wyjdzie tak: 535034904 kg.
Odpowiedź: masa oleju wynosi w przybliżeniu 535036 ton.
Problem 5. Warunek: Długość najdłuższego kabla telefonicznego wynosi 15151 km. Jaka jest masa miedzi użytej do jej produkcji, jeśli przekrój przewodów wynosi 7,3 cm2?
Decyzja. Gęstość miedzi wynosi 8900 kg/m3. Objętość określa wzór, który zawiera iloczyn powierzchni podstawy i wysokości (tutaj długość kabla) cylindra. Ale najpierw musisz przekonwertować ten obszar na metry kwadratowe. To znaczy podzielić tę liczbę przez 10000. Po obliczeniach okazuje się, że objętość całego kabla jest w przybliżeniu równa 11000 m3.
Teraz musisz pomnożyć wartości gęstości i objętości, aby dowiedzieć się, jaka jest masa. Wynik to liczba 97900000 kg.
Odpowiedź: masa miedzi wynosi 97900 ton.
Kolejne masowe wyzwanie
Problem 6. Stan: Największa świeca ważąca 89867 kg miała średnicę 2,59 m. Jaka była jej wysokość?
Decyzja. Gęstość wosku - 700 kg/m3. Wysokość należy znaleźć na podstawie wzoru na objętość. Oznacza to, że V należy podzielić przez iloczyn π i kwadrat promienia.
A sama objętość jest obliczana na podstawie masy i gęstości. Okazuje się, że jest równy 128,38 m3. Wysokość wynosiła 24,38 m.
Odpowiedź: wysokość świecy wynosi 24,38 m.
