Русский язык коварно уравнял эти два разных понятия. Если вы проспали или проболели этот урок физики — не беда! Доставайте двойные листочки: в этом материале разбираемся с векторными и скалярными величинами, ускорением свободного падения и тем, почему все-таки масса и вес — совсем не одно и то же.
Что такое масса
Масса — это скалярная величина (т.е. величина, не имеющая направления). Она зависит от количества материи в объекте и показывает меру его инертности. Чем больше вещества «упаковано» в теле, тем больше его масса.
Масса есть у всех макроскопических объектов и у большинства элементарных частиц.
Иллюстрация атома
Среди элементарных частиц существуют и безмассовые частицы. В отличие от электронов и протонов, например, масса фотонов и глюонов равна нулю.
Ученые делят большое понятие массы на две категории:
– Инертная масса, характеризующая инертность тела. Именно она имеется участвует в выражении второго закона Ньютона. Если какая-то сила одинаково ускоряет различные объекты, то и их инертные массы тоже одинаковы.
– Гравитационная масса демонстрирует то, с какой силой объект взаимодействует с внешним гравитационным полем, какое поле тяготения он создает сам. Это относится к закону всемирного тяготения.
Инерция — это способность объекта оставаться в покое или равномерно и прямолинейно двигаться, а также сопротивляться изменению своей скорости внешними силами благодаря инертной массе.
Масса остается неизменной вне зависимости от местонахождения тела. Это значит, что 10-килограммовая гиря останется собой и на Земле, и на Луне, и на Юпитере.
Вес тела
Вес — величина векторная, т.е. имеющая направление. А самое главное, что вес — это сила. И если масса измеряется в килограммах, то вес, как и любая другая сила, измеряется в ньютонах (разумеется, если речь о системе СИ).
Вес это сила, с которой объект давит на опору или подвес. Масса определяется внутренними свойствами тела, а вес — внешним гравитационным полем. Масса и вес крепко связаны через частный случай второго закона Ньютона: F = mg. Здесь F — сила, с которой объект действует на опору (то есть тот самый вес), m — масса объекта, а g — ускорение свободного падения.
Ускорение свободного падения на Земле зависит не только от высоты над поверхностью планеты, но и от географических координат. Это значит, что в каждой точке Земли ваш вес может быть разным!
На экваторе вес примерно на 0,3 % меньше, чем на полюсах из-за суточного вращения Земли.
Широтное уменьшение силы тяжести
Ускорение свободного падения на разных планетах и спутниках отличается. Например, на Земле это примерно 9,81 м/с?, а на Луне — 1,62 м/с?. Это означает, что там тела давят на поверхность спутника гораздо меньше. Ни на что не намекаем, но перетащить рояль во время переезда гораздо проще на Луне. Главное ни в коем случае не переезжайте на Юпитер! Ускорение свободного падения газового гиганта целых 24,79 м/с?, там вы рояль даже с места не сдвинете.
Вид на Землю с Луны
Вес и сила тяжести — одно и то же?
Снова нет. Отличие кроется в разной природе возникновения этих сил. Сила тяжести возникает во время взаимодействия тела и Земли, а вес — это про давление тела на опору или подвес. Иными словами, сила тяжести — это про то, как Земля притягивает к себе тело, а вес — про то, как сильно это тело давит на поверхность под собой.
Уменьшение веса мы испытываем во время плавания в воде. Эффект «парения» при погружении в жидкость достигается за счет действия силы Архимеда.
Невесомость и перегрузка
Явление невесомости — это, пожалуй, самый яркий пример фундаментального отличия массы и веса. Масса тела никуда исчезнуть не может, а вес запросто.
Невесомость — это состояние, при котором тело не давит на опору или подвес. Если масса космонавта на Земле 80 килограммов, то его вес примерно 785 ньютонов. Когда этот же космонавт окажется на орбите, его масса останется прежней, а вес будет равен нулю.
На расстоянии 400 километров от Земли (высота полета Международной космической станции) сила притяжения составляет 90% от привычной нам.
Для того, чтобы испытать подобие невесомости совсем необязательно присоединяться к команде МКС, достаточно сходить в парк аттракционов на «американские горки» или воспользоваться скоростным лифтом. Пассажиры, стоящие внутри стремительно спускающейся кабины, на несколько секунд могут ощутить невесомость или, грамотнее сказать, микрогравитацию.
В условиях невесомости рост человека может увеличиться на 2-5 сантиметров. Эффект обусловлен низкой гравитацией и исчезает через некоторое время после возвращения на Землю.
Когда тело вместе с опорой или подвесом движется с ускорением, направленным против ускорения свободного падения, то вес тела становится больше. Это происходит, например, во время взлета ракеты или реактивного самолета. В этом случае пилоты и космонавты испытывают перегрузку — увеличение собственного веса.
Вес космонавта во время запуска корабля может увеличиться в семь раз.
Почему люди часто путают вес и массу?
Дело в том, что в разных точках Земли ускорение свободного падения (g) меняется очень незначительно. Это значит, что и вес остается примерно одним и тем же, что и создает некоторую лингвистическую путаницу.
В общем, по-научному на кассе мы должны говорить так: «Взмассьте мне, пожалуйста, килограмм помидоров». Звучит достаточно странно, поэтому делать этого мы, конечно же, не будем…
