Загальні відомості
Маса - це властивість фізичних тіл протистояти прискоренню. Маса, на відміну від ваги, не змінюється в залежності від навколишнього середовища і не залежить від сили тяжіння планети, на якій знаходиться це тіло. Масу m визначають за допомогою другого закону Ньютона, за формулою: F = ma. де F - це сила, а a - прискорення.
Маса і вага
У побуті часто використовується слово «вага», коду говорять про масу. У фізиці ж вагу, на відміну від маси - це сила, що діє на тіло завдяки тяжінню між тілами і планетами. Вага також можна обчислити за другим законом Ньютона: P = mg. де m - це маса, а g - прискорення вільного падіння. Це прискорення виникає завдяки силі тяжіння планети, поблизу якої знаходиться тіло, і його величина також залежить від цієї сили. Прискорення вільного падіння на Землі одно 9,80665 метра в секунду, а на Місяці - приблизно в шість разів менше - 1,63 метра в секунду. Так, тіло масою в один кілограм важить 9,8 ньютона на Землі і 1,63 ньютона на Місяці.
Маса Місяця 7,3477 × 10²² кг
гравітаційна маса
Гравітаційна маса показує яка гравітаційна сила діє на тіло (пасивна маса) і з якою гравітаційної силою тіло діє на інші тіла (активна маса). При збільшенні активної гравітаційної маси тіла його сила тяжіння також збільшується. Саме ця сила керує рухом і розташуванням зірок, планет і інших астрономічних об'єктів у Всесвіті. Припливи і відливи також викликані гравітаційними силами Землі і Місяця.
Зі збільшенням пасивної гравітаційної маси збільшується і сила, з якою гравітаційні поля інших тіл діють на це тіло.
інертна маса
Інертна маса - це властивість тіла протистояти руху. Саме внаслідок того, що тіло має масу, потрібно прикладати певну силу, щоб зрушити тіло з місця або змінити напрямок або швидкість його руху. Чим більше інертна маса, тим більшу силу потрібно для цього докласти. Маса в другому законі Ньютона - саме інертна маса. За величиною гравітаційна і інертна маси рівні.
Маса і теорія відносності
Відповідно до теорії відносності, гравитирующих маса змінює кривизну просторово-часового континууму. Чим більше така маса тіла, тим сильніше це викривлення навколо цього тіла, тому поблизу тел великої маси, таких як зірки, траєкторія світлових променів викривляється. цей ефект в астрономії носить назву гравітаційних лінз. Навпаки, далеко від великих астрономічних об'єктів (масивні зірки або їх скупчення, звані галактиками) рух світлових променів прямолінійно.
Основним постулатом теорії відносності є постулат про кінцівки швидкості поширення світла. З цього випливає кілька цікавих наслідків. По-перше, можна уявити собі існування об'єктів з настільки великою масою, що друга космічна швидкість такого тіла буде дорівнює швидкості світла, тобто ніяка інформація від цього об'єкта не зможе потрапити до зовнішнього світу. Такі космічні об'єкти в загальній теорії відносності називають «чорними дірами» і їх існування було експериментально доведено вченими. По-друге, при рух об'єкта зі швидкістю, близькою його інертна маса настільки зростає, що, локальне час всередині об'єкта сповільнюється в порівнянні з часом. вимірюваним стаціонарним годинником на Землі. Цей парадокс відомий як «парадокс близнюків»: один з них відправляється в космічний політ зі швидкістю, близькою, інший залишається на Землі. Після повернення з польоту через двадцять років, з'ясовується, що космонавт-близнюк біологічно молодше свого брата!
В системі СІ маса змінюється в кілограмах. Еталон кілограма - металевий циліндр із сплаву іридію (10%) і платини (90%), що важить майже стільки ж, скільки літр води. Він зберігається у Франції, в Міжнародному бюро мір і ваг, а його копії - по всьому світу. Кілограм - єдина одиниця, яка визначається не законами фізики, а еталоном, виготовленим людьми. Похідні кілограма, грам (1/1000 кілограма) і тонна (1000 кілограмів) не є одиницями СІ, але широко використовуються.
електронвольт
Електронвольт - одиниця для вимірювання енергії. Зазвичай її використовують в теорії відносності, а енергію розраховують за формулою E = mc ², де E - це енергія, m - маса, а c - швидкість світла. Відповідно до принципу еквівалентності маси і енергії, електронвольт - також і одиниця маси в системі природних одиниць, де c дорівнює одиниці, а значить, маса дорівнює енергії. В основному електронвольт використовують в ядерній і атомній фізиці.
Атомна одиниця маси
Атомна одиниця маси (а. Е. М.) Призначена для мас молекул, атомів, і інших частинок. Одна а. е. м. дорівнює 1/12 маси атома нукліда вуглецю, ¹²C. Це приблизно 1,66 × 10 ⁻²⁷ кілограма.
Складаючи використовуються в основному в британській імперській системі заходів в Великобританії і деяких інших країнах. Один складаючи дорівнює масі тіла, яке рухається з прискоренням один фут в секунду за секунду, коли до нього прикладена сила в один фунт-силу. Це приблизно 14,59 кілограма.
Маса Сонця дорівнює 1.9884 × 10 30 кг
сонячна маса
Сонячна маса - міра маси, прийнята в астрономії для вимірювання зірок, планет і галактик. Одна сонячна маса дорівнює масі Сонця, тобто, 2 × 10³⁰ кілограмів. Маса Землі приблизно в 333 000 рази менше.
У каратах вимірюють масу дорогоцінного каміння та металів в ювелірній справі. Один карат дорівнює 200 мілілітрах. Назва та сама величина пов'язані з насінням ріжкового дерева (по-англійськи: carob, вимовляється «Кароб»). Один карат раніше дорівнював вазі насіння цього дерева, і покупці носили з собою свої насіння, щоб перевірити, чи не обдурили їх продавці дорогоцінних металів і каменів. Вага золотої монети в Стародавньому Римі дорівнював 24 насінню ріжкового дерева, і тому карати стали застосовуватися для позначення кількості золота в сплаві. 24 карата - чисте золото, 12 каратів - сплав наполовину із золота, і так далі.
Маркування ваги в «м'якої метричної» системі на продуктах харчування в Канаді
Гран використовувався як міра ваги в багатьох країнах до епохи Відродження. Він ґрунтувався на вазі зерен, в основному ячменю, і інших популярних в той час культур. Один гран дорівнює близько 65 міліграмам. Це трохи більше чверті карата. Поки карати не набули широкого поширення, в ювелірній справі використовувалися грани. Ця міра ваги використовується і до цього дня для вимірювання маси пороху, куль, стріл, а також золотої фольги в стоматології.
Інші одиниці маси
У країнах, де не прийнято метричну систему, використовують заходи маси британської імперської системи. Наприклад, у Великій Британії, США та Канаді широко застосовуються фунти, Стоун і унції. Один фунт дорівнює 453,6 грама. Стоун використовуються в основному тільки для вимірювання маси тіла людини. Один стоун - це приблизно 6,35 кілограма або рівно 14 фунтів. Унції в основному використовують в кулінарних рецептах, особливо для продуктів в малих дозах. Одна унція це 1/16 фунта, або приблизно 28,35 грама. У Канаді, яка формально перейшла на метричну систему в 1970-х роках, багато продуктів продаються в упаковці, розрахованій на округлені британські одиниці, наприклад, один фунт або 14 рідких унцій, проте на них вказана вага або об'єм в метричних одиницях. По-англійськи таку систему називають «м'якою метричної» (англ. Soft metric), на відміну від «жорсткої метричної» системи (англ. Hard metric), в якій на упаковці вказують округлений вага в метричних одиницях. На цьому знімку показані «м'які метричні» упаковки продуктів харчування із зазначенням ваги тільки в метричних одиницях і обсягу як в метричних, так і в імперських одиницях.