Zrozumienie pojęć fizycznych i znajomość definicji wielkości odgrywa ważną rolę w badaniu różnych praw i rozwiązywaniu problemów fizycznych. Jednym z podstawowych pojęć jest pojęcie masy ciała. Przyjrzyjmy się bliżej pytaniu: jaka jest masa ciała?
Historia
Biorąc pod uwagę współczesny pogląd na fizykę, można śmiało powiedzieć, że masa ciała jest cechą, która objawia się podczas ruchu, podczas interakcji między rzeczywistymi obiektami, a także podczas przemian atomowych i jądrowych. Jednak to rozumienie masy ukształtowało się całkiem niedawno, dosłownie w pierwszych dekadach XX wieku, dzięki teorii względności stworzonej przez Einsteina.
Wracając dalej do historii, przypominamy, że niektórzy filozofowie starożytnej Grecji wierzyli, że ruch nie istnieje, więc nie było pojęcia masy ciała. Niemniej jednak istniało pojęcie masy ciała. Aby to zrobić, wystarczy przypomnieć prawo Archimedesa. Waga jest związana z masą ciała. Nie są to jednak te same wartości.
BW epoce nowożytnej, dzięki pracom Kartezjusza, Galileusza, a zwłaszcza Newtona, powstały koncepcje dwóch różnych mas:
- inercyjne;
- grawitacyjne.
Jak się później okazało, oba rodzaje masy ciała mają tę samą wartość, która ze swej natury jest charakterystyczna dla wszystkich obiektów wokół nas.
Inercyjne
Mówiąc o masie bezwładnej, wielu fizyków zaczyna podawać wzór na drugie prawo Newtona, w którym siła, masa ciała i przyspieszenie są połączone w jedną równość. Istnieje jednak bardziej fundamentalne wyrażenie, z którego sam Newton sformułował swoje prawo. Chodzi o ilość ruchu.
W fizyce pęd jest rozumiany jako wartość równa iloczynowi masy ciała m i prędkości jego ruchu w przestrzeni v, czyli:
p=mv
Dla każdego ciała wartości p i v są zmiennymi wektorowymi charakterystyki. Wartość m jest pewną stałą współczynnika dla rozważanego ciała, która łączy p i v. Im większy ten współczynnik, tym większa będzie wartość p przy stałej prędkości i tym trudniej będzie zatrzymać ruch. Oznacza to, że masa ciała jest cechą charakterystyczną jego właściwości bezwładności.
Używając pisemnego wyrażenia na p, Newton uzyskał swoje słynne prawo, które matematycznie opisuje zmianę pędu. Zwykle wyraża się to w następującej formie:
F=ma
Tutaj F jest siłą, która działa na ciało o masie m i nadaje mu przyspieszenie a. Jak ww poprzednim wyrażeniu masa m jest współczynnikiem proporcjonalności między dwiema charakterystykami wektorowymi. Im większa masa ciała, tym trudniej zmienić jego prędkość (mniej niż a) przy pomocy stałej działającej siły F.
Grawitacja
W całej historii ludzkość podążała za niebem, gwiazdami i planetami. W wyniku licznych obserwacji w XVII wieku Izaak Newton sformułował swoje prawo powszechnego ciążenia. Zgodnie z tym prawem, dwa masywne obiekty są przyciągane do siebie proporcjonalnie do dwóch stałych M1 i M2 i odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległość R między nimi, czyli:
F=GM1 M2 / R2
Tutaj G jest stałą grawitacyjną. Stałe M1 i M2 nazywane są masami grawitacyjnymi oddziałujących ze sobą obiektów.
W związku z tym masa grawitacyjna ciała jest miarą siły przyciągania między rzeczywistymi obiektami, która nie ma nic wspólnego z masą bezwładną.
Masa i masa ciała
Jeżeli powyższe wyrażenie zastosujemy do siły grawitacji na naszej planecie, wówczas można napisać następujący wzór:
F=mg, gdzie g=GM / R2
Tutaj M i R to odpowiednio masa naszej planety i jej promień. Wartość g to przyspieszenie swobodnego spadania znane każdemu uczniowi w wieku szkolnym. Litera m oznacza masę grawitacyjną ciała. Ten wzór pozwala obliczyć siłę przyciągania przez Ziemię ciała o masie m.
Zgodnie z trzecim prawem Newtona siła F musi byćjest równa reakcji podpory N, na której spoczywa ciało. Ta równość pozwala nam wprowadzić nową wielkość fizyczną - wagę. Ciężar to siła, z jaką ciało rozciąga zawieszenie lub naciska na określoną podporę.
Wiele osób, które nie są zaznajomione z fizyką, nie rozróżnia pojęć wagi i masy. Jednocześnie są to zupełnie inne wartości. Mierzone są w różnych jednostkach (masa w kilogramach, waga w niutonach). Ponadto waga nie jest cechą ciała, ale masa jest. Niemniej jednak, możesz obliczyć masę ciała m, znając jego wagę P. Odbywa się to za pomocą następującego wzoru:
m=P / g
Masa to jedna cecha
Powyżej zauważono, że masa ciała może być grawitacyjna i bezwładna. Rozwijając swoją teorię względności, Albert Einstein wyszedł z założenia, że zaznaczone typy mas reprezentują tę samą charakterystykę materii.
Do tej pory przeprowadzono liczne pomiary obu typów mas ciała w różnych sytuacjach. Wszystkie te pomiary doprowadziły do wniosku, że masy grawitacyjne i bezwładnościowe pokrywają się ze sobą z dokładnością instrumentów użytych do ich wyznaczenia.
Gwałtowny rozwój energetyki jądrowej w połowie ubiegłego wieku pogłębił zrozumienie pojęcia masy, które okazało się być powiązane z energią poprzez stałą prędkości światła. Energia i masa ciała jest manifestacją jakiejś pojedynczej esencji materii.
