Масса по физике. Метрология

Чаще всего в нашей повседневной жизни слово “масса” мы используем как синоним веса. Если мы говорим о массе тела, то подразумеваем именно вес человека. Несколько реже мы употребляем его также в других значениях. На самом деле это довольно широкое понятие, определение которого следует знать каждому. Поэтому в данной статье мы расскажем, что такое масса и в каких единицах она измеряется.

Масса: определение

В переводе с греческого языка “масса” означает “кусок теста”. В своем основном значении, которое мы употребляем чаще всего, слово подразумевает одну из главных величин в физике. Изначально данная физическая величина обозначала количество вещества в объекте. До девятнадцатого столетия считалось, что вес и инертность физического объекта зависели именно от нее.

Слово имеет и другие значения. Например, массой называют также смесь для приготовления чего-либо (шоколадная масса). Кроме того, в разговорной речи можно часто встретить такое определение слова, как большое количество. К примеру, говорят “масса людей” или “масса продуктов”.

Принцип эквивалентности массы

В природе масса проявляется разными способами. Привычное нам значение массы как синонима веса проявляется пассивной гравитационной массой. Она передает силу, с которой происходит взаимодействие тела с внешними гравитационными полями. Она измеряется посредством взвешивания и используется в сегодняшней метрологии. Активная гравитационная масса является показателем созданного самим телом гравитационного поля. Данное понятие относится к Закону всемирного тяготения. И, наконец, инертная масса показывает инертность тела. О ней можно прочесть во втором законе Ньютона. Важно добавить, что инертная и гравитационная массы равны.

Принцип эквивалентности масс рассматривает действия равноускоренного движения и гравитации, которые мы можем испытывать на себе ежедневно. Так, принцип эквивалентности понятным образом можно объяснить на примере лифта.

Наверняка каждый при передвижении на скоростном лифте испытывал непривычные ощущения относительно изменения собственного веса. Когда лифт поднимается вверх, кажется, будто тело стало тяжелым, и наоборот, когда он трогается вниз, создается впечатление, что земля уходит из-под ног. Это и есть эффект принципа эквивалентности массы. Двигаясь вверх, лифт обретает ускорение, дополняемое ускорением свободного падения в неинерциальной системе отсчета. Таким образом, вес тела увеличивается. Затем, набрав нужную скорость, лифт приходит к равномерному движению, в связи с чем вес возвращается в привычное состояние. Получается, что ускорение обладает действием, характерным для гравитации.

Масса тела

основная механическая величина, определяющая величину ускорения, сообщаемого телу данной силой. М. тел прямо пропорциональны силам, сообщающим им равные ускорения и обратно пропорциональны ускорениям, сообщаемыми им равными силами. Поэтому связь между М. (т), силой f, и ускорением a, можно выразить формулой

т. е. М. численно равна отношению между движущей силой и произведенным ею ускорением. Величина этого отношения зависит исключительно от двигаемого тела, поэтому величина М. вполне характеризует тело с механической стороны. Воззрение на реальное значение М. менялось с течением развития науки; в настоящее время, в системе абсолютных механических единиц, М. принимается за количество вещества, за основную величину, по которой затем уже определяется сила. С математической точки зрения безразлично, принять ли М. за отвлеченный множитель, на который надо помножить силу ускорительную, чтобы получить силу движущую, или за количество вещества: оба допущения приводят к одинаковым результатам; с физической же точки зрения, несомненно, предпочтительнее последнее определение. Во-первых, М., как количество вещества в теле, имеет реальное значение, ибо от количества вещества в теле зависят не только механические, но и многие физические и химические свойства тел. Во-вторых, основные величины в механике и физике должны быть доступны непосредственному, возможно точному измерению; силу мы можем измерять только пружинными силомерами - приборами не только недостаточно точными, но и недостаточно надежными, вследствие изменяемости упругости пружин с течением времени. Рычажные же весы не определяют сами по себе абсолютной величины веса, как силы, а лишь отношение или равенство веса (см. Вес и взвешивание) двух тел. Напротив, рычажные весы дают возможность измерять или сравнивать М. тел, так как вследствие равенства ускорения падения всех тел на одной и той же точке земли, равным весам двух тел соответствуют равные М. Уравновешивая данное тело требуемым числом принятых единиц М., найдем абсолютную величину М. его. За единицу М. принят в настоящее время в научных трактатах грамм (см.). Грамм почти равен М. одного кубического сантиметра воды, при температуре наибольшей плотности ее (при 4°С М. 1 куб. см воды = 1,000013 г). По единице М. определяется и единица силы - динама, или, сокращенно, - дина (см. Единицы мер). Сила f, сообщающая т граммам а единиц ускорения, равна (1 дине)×m ×а = та динам. Также определяется и вес тела р, в динах, по M. m, и ускорению свободного падения g; p = mg дин. Однако, мы не имеем достаточно данных для непосредственного сравнения количеств различных веществ, например дерева и меди, для поверки, действительно ли равные М. этих веществ содержат равные количества их. Пока мы имеем дело с телами из одного и того же вещества, мы можем измерять количества вещества в них по их объемам, при равных. температурах, по весу тел, по силам, сообщающим им равные ускорения, так как эти силы, при равномерном распределении по телу, должны быть пропорциональны числу равных частиц. Эта пропорциональность количества одного и того же вещества его весу имеет место и для тел различных температур, так как нагревание не меняет веса тела. Если же мы имеем дело с телами из различных веществ (одно из меди, другое из дерева и т. д.), то не можем утверждать ни пропорциональности количеств вещества объемам этих тел, ни пропорциональности их силам, сообщающим им равные ускорения, так как различные вещества могли бы обладать различной способностью к восприятию движения подобно тому, как они имеют различную способность к намагничиванию, к поглощению теплоты, к нейтрализации кислот и т. п. Поэтому правильнее было бы сказать, что равные М. различных веществ содержат эквивалентные количества их по отношению к механическому действию - но безразлично относительно прочих физических и химических свойств этих веществ. Лишь под одним условием можно сравнивать количества разнородных веществ по их весу - это под условием распространения на них понятия относительной плотности тел, состоящих из одного и того же вещества, но различных температур. Для этого необходимо предположить, что все разнородные вещества состоят из совершенно одинаковых частиц, или первоначальных элементов, а все различные физические и химические свойства этих веществ суть следствие различной группировки и сближения этих элементов. Утверждать или отрицать это мы не имеем в настоящее время достаточно данных, хотя многие явления говорят даже в пользу такой гипотезы. Химические явления в сущности не противоречат этой гипотезе: многие тела, состоящие из различных простых тел, представляют сходные физические и кристаллические свойства, и наоборот, тела с одинаковым составом из простых веществ представляют различные физические и отчасти даже химические свойства, таковы, напр., изомерные тела, имеющие один и тот же процентный состав из одних и тех же простых тел, и аллотропические тела, представляющие разновидности одного и того же простого тела (каковы, например, уголь, алмаз и графит, представляющие различные состояния углерода). Сила тяжести, наиболее общая из всех сил природы, говорит в пользу гипотезы единства вещества, так как действует на все тела одинаково. Что все тела из одного и того же вещества должны падать одинаково скоро и вес их должен быть пропорционален количеству вещества, это понятно; но отсюда никак не следует, чтобы и тела из различных веществ падали также с одинаковой скоростью, так как тяжесть могла бы действовать иначе, например, на водяные частицы, чем на цинковые, подобно тому как магнитная сила действует различно на различные тела. Наблюдения показывают, однако, что все тела без исключения, в пустом пространстве на одном и том же месте поверхности Земли, падают одинаково скоро, и следовательно, тяжесть действует на все тела так, как будто бы они состояли из одного и того же вещества и различались только числом частиц и распределением их в данном объеме. В химических явлениях соединения и разложения тел суммы весов их остаются неизменными; видоизменяется строение их и вообще свойства, не принадлежащие самой сущности вещества. Независимость силы тяжести от строения и состава тел показывает, что эта сила глубже проникает в сущность вещества, чем все другие силы природы. Поэтому измерение количества вещества весом тел имеет полное физическое основание.

П . Фан дер Флит.

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. - С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон . 1890-1907 .

Смотреть что такое "Масса тела" в других словарях:

масса тела - kūno masė statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Tam tikro kūno masė. atitikmenys: angl. body mass vok. Körpermasse, f rus. масса тела, f pranc. masse du corps, f … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

масса тела - kūno masė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. body mass vok. Körpermasse, f rus. масса тела, f pranc. masse du corps, f … Fizikos terminų žodynas

масса тела - kūno masė statusas T sritis Kūno kultūra ir sportas apibrėžtis Žmogaus svoris. Kūno masė yra labai svarbus žmogaus fizinės brandos, sveikatos ir darbingumo rodiklis, vienas pagrindinių fizinio išsivystymo požymių. Kūno masė priklauso nuo amžiaus … Sporto terminų žodynas

Масса тела - Один из основных показателей уровня физического развития человека, зависящий от возраста, пола, морфологических и функциональных гено– и фенотипических особенностей. Несмотря на существование множества систем оценки «нормальной» М. т., понятие… …

- (вес) в антропологии один из основных антропометрических признаков, определяющих физическое развитие … Большой Энциклопедический словарь

В сочетании с другими антропометрическими признаками [длиной тела (ростом) и окружностью груди] важный показатель физического развития и состояния здоровья. Зависит от пола, роста, связана с характером питания, наследственностью,… … Большая советская энциклопедия

- (вес), в антропологии один из основных антропометрических признаков, определяющих физическое развитие. * * * МАССА ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА МАССА ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА (вес), в антропологии один из основных антропометрических признаков, определяющих физическое… … Энциклопедический словарь

- (вес), в антропологии один из осн. антропометрии, признаков, определяющих физ. развитие … Естествознание. Энциклопедический словарь

Избыточная масса тела - Накопление массы тела (преимущественно за счет жировой ткани) свыше нормальной для данного человека, но до развития ожирения. Во врачебном контроле под И. м. т. понимают превышение нормы на 1–9 %. Проблема заключается, однако, в установлении… … Адаптивная физическая культура. Краткий энциклопедический словарь

идеальная масса тела - ideali kūno masė statusas T sritis Kūno kultūra ir sportas apibrėžtis Konkrečių sporto šakų, rungčių, tam tikras funkcijas komandoje atliekančių žaidėjų kūno masės modelis. atitikmenys: angl. ideal body mass vok. ideale Körpermasse, f rus.… … Sporto terminų žodynas

Книги

• Школа здоровья. Избыточная масса тела и ожирение (+ CD-ROM) , Р. А. Еганян, А. М. Калинина. Издание включает в себя руководство для врачей, проводящих школу здоровья для лиц с избыточной массой тела и ожирением, с приложением на CD-ROM и материалы для пациентов. В руководстве для…

> Масса

Масса в физике: термины и определение, вычисление в кг, единицы измерения массы, второй закон и формула ускорения. Изучите вес, импульс и кинетическую энергию.

Масса – физическое свойство материи, зависящее от ее размера и формы. Выражается в кг.

Задача обучения

• Разобраться в понятии массы и ее значении для физики.

Основные пункты

• Масса выступает количественной мерой сопротивления объекта ускорению.
• Второй закон Ньютона гласит: если тело с фиксированной массой подвергается влиянию силы, то формула ускорения: a = .
• Масса занимает важное место во многих физических концепциях.

Термин

• Масса – количество вещества, расположенном в теле, не зависимо от его объема. Это одно из четырех фундаментальных свойств материи. Выражается в кг.

Пример

В теоретической физике есть механизм генерации массы. Эта теория призвана объяснить происхождение массы в фундаментальных физических законах. Сейчас есть несколько моделей, но проблема в том, что понятие массы зависит от гравитационного взаимодействия. Последняя теория пока не согласована со Стандартной моделью.

Что такое масса?

Все элементы обладают физическими свойствами, значения которых характеризуют физическое состояние. Перемены этих характеристик влияют на трансформацию элемента. Однако, физические свойства не меняют химическую природу вещества. Здесь мы рассмотрим массу.

Масса – количественная мера сопротивления объекта ускорению. Часто люди путают понятия «вес» и «масса». Вес – еще одно свойство материи, выступающее величиной гравитации, действующей на конкретный объект. Масса – естественная особенность вещества, не поддающаяся изменениям.

Единицы измерения массы

Чтобы проводить замеры, важно установить точное значение объема измерения. Это соотношение именуют единицей. Согласно Международной системе единиц, масса вычисляется в кг. Но есть и другие единицы:

• t – Тонна (1000 кг).
• u – атомная единица массы (1.66 х 10 -27 кг).
• lb – фунт.

Понятия, применяемые к массе

• Второй закон Ньютона – масса играет важную роль в характеристике объектов. Закон связывает силу с массой и ускорением: F = ma.
• Импульс – масса связывает импульс тела (p) с его линейной скоростью: p = mv.
• Кинетическая энергия – масса связывает кинетическую энергию со скоростью: K = ½ m 2 .

(1 оценок, среднее: 5,00 из 5)

При движении тела его скорость может изменяться по модулю и направлению. Это означает, что тело двигается с некоторым ускорением . В кинематике не ставится вопрос о физической причине, вызвавшей ускорение движения тела. Как показывает опыт, любое изменение скорости тела возникает под влиянием других тел. Динамика рассматривает действие одних тел на другие как причину, определяющую характер движения тел.

Взаимодействием тел принято называть взаимное влияние тел на движение каждого из них.

Раздел механики, изучающий законы взаимодействия тел, называется динамикой.

Законы динамики были открыты в 1687 г. великим ученым Исааком Ньютоном. Сформулированные им закона динамики лежат в основе так называемой классической механики. Законы Ньютона следует рассматривать как обобщение опытных фактов. Выводы классической механики справедливы только при движении тел с малыми скоростями, значительно меньшими скорости света c .

Самой простой механической системой является изолированное тело , на которое не действуют никакие тела. Так как движение и покой относительны, в различных системах отсчета движение изолированного тела будет разным. В одной системе отсчета тело может находиться в покое или двигаться с постоянной скоростью, в другой системе это же тело может двигаться с ускорением.

Первый закон Ньютона (или закон инерции ) из всего многообразия систем отсчета выделяет класс так называемых инерциальных систем .

В инерциальной системе отсчета тело движется равномерно и прямолинейно при отсутствии действующих на него сил.

Существуют такие системы отсчета, относительно которых изолированные поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость неизменной по модулю и направлению.

Свойство тел сохранять свою скорость при отсутствии действия на него других тел называется инерцией . Поэтому первый закон Ньютона называют законом инерции .

Впервые закон инерции был сформулирован Галилео Галилеем (1632 г.). Ньютон обобщил выводы Галилея и включил их в число основных законов движения.

В механике Ньютона законы взаимодействия тел формулируются для класса инерциальных систем отсчета.

При описании движения тел вблизи поверхности Земли системы отсчета, связанные с Землей, приближенно можно считать инерциальными. Однако, при повышении точности экспериментов, обнаруживаются отклонения от закона инерции, обусловленные вращением Земли вокруг своей оси.

Примером тонкого механического эксперимента, в котором проявляется неинерциальность системы, связанной с Землей, служит поведение маятника Фуко . Так называется массивный шар, подвешенный на достаточно длинной нити и совершающий малые колебания около положения равновесия. Если бы система, связанная с Землей, была инерциальной, плоскость качаний маятника Фуко относительно Земли оставалась бы неизменной. На самом деле плоскость качаний маятника вследствие вращения Земли поворачивается, и проекция траектории маятника на поверхность Земли имеет вид розетки (рис. 1.7.1).

С высокой степенью точности инерциальной является гелиоцентрическая система отсчета (или система Коперника), начало которой помещено в центр Солнца, а оси направлены на далекие звезды. Эту систему использовал Ньютон при формулировании закона всемирного тяготения (1682 г.).

Инерциальных систем существует бесконечное множество. Система отсчета, связанная с поездом, идущим с постоянной скоростью по прямолинейному участку пути, - тоже инерциальная система (приближенно), как и система, связанная с Землей. Все инерциальные системы отсчета образуют класс систем, которые движутся друг относительно друга равномерно и прямолинейно. Ускорения какого-либо тела в разных инерциальных системах одинаковы (см 1.2).

Итак, причиной изменения скорости движения тела в инерциальной системе отсчета всегда является его взаимодействие с другими телами. Для количественного описания движения тела под воздействием других тел необходимо ввести две новые физические величины - инертную массу тела и силу .

Масса - это свойство тела, характеризующее его инертность. При одинаковом воздействии со стороны окружающих тел одно тело может быстро изменять свою скорость, а другое в тех же условиях - значительно медленнее. Принято говорить, что второе из этих двух тел обладает большей инертностью, или, другими словами, второе тело обладает большей массой.

Если два тела взаимодействуют друг с другом, то в результате изменяется скорость обоих тел, т. е. в процессе взаимодействия оба тела приобретают ускорения. Отношение ускорений двух данных тел оказывается постоянным при любых воздействиях. В физике принято, что массы взаимодействующих тел обратно пропорциональны ускорениям, приобретаемым телами в результате их взаимодействия.

В этом соотношении величины и следует рассматривать как проекции векторов и на ось OX (рис. 1.7.2). Знак «минус» в правой части формулы означает, что ускорения взаимодействующих тел направлены в противоположные стороны.

В Международной системе единиц (СИ) масса тела измеряется в килограммах (кг) .

Масса любого тела может быть определена на опыте путем сравнения с массой эталона (m эт = 1 кг). Пусть m 1 = m эт = 1 кг. Тогда

Масса тела - скалярная величина . Опыт показывает, что если два тела с массами m 1 и m 2 соединить в одно, то масса m составного тела оказывается равной сумме масс m 1 и m 2 этих тел:

M=m 1 +m 2

Это свойство масс называют аддитивностью .

Сила - это количественная мера взаимодействия тел. Сила является причиной изменения скорости тела. В механике Ньютона силы могут иметь различную физическую природу: сила трения, сила тяжести, упругая сила и т. д. Сила является векторной величиной, имеет модуль, направление и точку приложения .

Векторная сумма всех сил, действующих на тело, называется равнодействующей силой .

Для измерения сил необходимо установить эталон силы и способ сравнения других сил с этим эталоном.

В качестве эталона силы можно взять пружину, растянутую до некоторой заданной длины. Модуль силы F 0 , с которой эта пружина при фиксированном растяжении действует на прикрепленное к ней тело, называют эталоном силы . Способ сравнения других сил с эталоном состоит в следующем: если тело под действием измеряемой силы и эталонной силы остается в покое (или движется равномерно и прямолинейно), то силы равны по модулю F = F 0 (рис. 1.7.3).

Если измеряемая сила F больше (по модулю) эталонной силы, то можно соединить две эталонные пружины параллельно (рис. 1.7.4). В этом случае измеряемая сила равна 2F 0 . Аналогично могут быть измерены силы 3F 0 , 4F 0 и т. д.

Измерение сил, меньших 2F 0 , может быть выполнено по схеме, показанной на рис. 1.7.5.

Эталонная сила в Международной системе единиц называется Ньютон(Н).

Сила в 1 Н сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с 2

Размерность [Н]

На практике нет необходимости все измеряемые силы сравнивать с эталоном. Для измерения сил используют пружины, откалиброванные описанным выше способом. Такие откалиброванные пружины называются динамометрами . Сила измеряется по растяжению динамометра (рис. 1.7.6).

Масса - физическая величина, неотделимо присущая материи и определяющая её инерционные, энергетические и гравитационные свойства. В классической физике строго подчинена закону сохранения, на основе которого строится классическая механика. В квантовой механике - особая форма энергии и, в таком виде, также предмет закона сохранения (массы-энергии).

Масса обозначается латинской буквой m

Единицей измерения массы в системе СИ является килограмм . В гауссовой системе масса измеряется в граммах . В атомной физике принято приравнивать массу к атомной единице массы , в физике твердого тела - к массе электрона , в физике высоких энергий массу измеряют в электронвольтах . Кроме этих единиц существует огромное количество исторических единиц массы, сохранившихся в отдельных сферах использования: фунт, унция, карат, тонна и тому подобное. В астрономии единицей для сравнения масс небесных тел служит масса Солнца .

Массой тела называется физическая величина, характеризующая его инерционные и гравитационные свойства.

В классической физике масса является мерой количества вещества., содержащегося в теле. Здесь справедлив закон сохранения массы: масса изолированной системы тел не меняется со временем и равна сумме составляющих ее масс тел.

В механике Ньютона массой тела называют скалярную физическую величину, которая является мерой инерционных его свойств и источником гравитационного взаимодействия. В классической физике масса всегда является положительной величиной.

Масса – аддитивная величина, что означает: масса каждой совокупности материальных точек (\(m \) ) равна сумме масс всех отдельных частей системы (\(m_i \) )

\[ m=\sum\limits_{i=1}^{n}{m_i} \]

В классической механике считают:

• масса тела не является зависимой от движения тела, от воздействия других тел, расположения тела;
• выполняется закон сохранения массы: масса замкнутой механической системы тел неизменна во времени.

Как мера инертности тела, масса входит во второй закон Ньютона , записанный в упрощенном (для случая постоянной массы) виде:

\[ \LARGE m = \dfrac{F}{a} \]

где \(a \) - ускорение, а \(F \) - сила, что действует на тело

Виды массы

Строго говоря, существует две различные величины, которые имеют общее название «масса»:

• Инертная масса характеризует способность тела сопротивляться изменению состояния его движения под действием силы. При условии, что сила одинакова, объект с меньшей массой легче изменяет состояние движения, чем объект с большей массой. Инертная масса фигурирует в упрощенной форме второго закона Ньютона, а также в формуле для определения импульса тела в классической механике.
• Гравитационная масса характеризует интенсивность взаимодействия тела с гравитационным полем. Она фигурирует в ньютоновском законе всемирного тяготения.

Хотя инертная масса и гравитационная масса является концептуально разными понятиями, все известные на сегодняшний день эксперименты свидетельствуют, что эти две массы пропорциональны между собой. Это позволяет построить систему единиц так, чтобы единица измерения всех трех масс была одна и та же, и все они были равны между собой. Практически все системы единиц построены по этому принципу.

В общей теории относительности инертная и гравитационная массы считаются полностью эквивалентными.

Инертность - свойство различных материальных объектов приобретать разные ускорения при одинаковых внешних воздействиях со стороны других тел. Присуща разным телам в разной степени. Свойство инертности показывает, что для изменения скорости тела необходимо время (расстояние). Чем труднее изменить скорость тела, тем оно инертнее.

Масса – скалярная величина, являющаяся мерой инертности тела при поступательном движении. (При вращательном движении - момент инерции). Чем инертнее тело, тем больше его масса. Определенная таким образом масса называется инертной (в отличие от гравитационной массы, определяющейся из закона Всемирного тяготения).

Масса элементарных частиц

Масса, вернее масса покоя, является важной характеристикой элементарных частиц. Вопрос о том, какими причинами обусловлены те значения массы частиц, наблюдаемых на опыте, является важной проблемой физики элементарных частиц. Так, например, масса нейтрона несколько больше массы протона, что обусловлено, разницей во взаимодействии кварков, из которых состоят эти частицы. Примерное равенство масс некоторых частиц позволяет объединять их в группы, трактуя как различные состояния одной общей частицы с различными значениями изотопического спина.