Що таке "маса"?

МАСА (від латинського massa - брила, ком, шматок), фундаментальна фізична величина, одна з основних характеристик матерії, що визначає інертні та гравітаційні властивості всіх тіл - від макроскопічних тіл до атомів та елементарних частинок. Відповідно розрізняють Масу інертну та Масу гравітаційну (важку, тяжку).

Концепція Маса було введено у механіку І. Ньютоном. У класичній механіці Ньютона Масса входить у визначення імпульсу (кількості руху) тіла: імпульс р пропорційний швидкості руху тіла v, p = mv (1). Коефіцієнт пропорційності - постійна для цього тіла величина m - І є Маса тіла. Еквівалентне визначення Маси виходить із рівняння руху класичної механіки f = ma (2). Тут Маса - коефіцієнт пропорційності між силою, що діє на тіло. f і викликаним нею прискоренням тіла a. Визначена співвідношеннями (1) та (2) Маса називається інерційною масою, або інертною масою; вона характеризує динамічні властивості тіла, є мірою інерції тіла: при постійній силі чим більше Маса тіла, тим менше прискорення воно набуває, тобто тим повільніше змінюється стан його руху (тим більша його інерція). Діючи на різні тіла однією і тією самою силою і вимірюючи їх прискорення, можна визначити відносини Маса цих тіл: m1: m2: m3. = а1: а2: а3. ; якщо одну з Мас прийняти за одиницю виміру, можна знайти Масу інших тіл.

Теоретично гравітації Ньютона Масса виступає у інший формі - як джерело поля тяжіння. Кожне тіло створює поле тяжіння, пропорційне Масі тіла (і зазнає впливу поля тяжіння, створюваного іншими тілами, сила якого також пропорційна Масі тіл).Це поле викликає тяжіння будь-якого іншого тіла до цього тіла з силою, яка визначається законом тяжіння Ньютона:

де r - відстань між тілами, G - універсальна гравітаційна постійна, a m1 і m2 - Маси тіл, що притягуються. З формули (3) легко отримати формулу для ваги Р тіла маси m у полі тяжіння Землі: Р = mg (4).

Тут g = G*M/r 2 - прискорення вільного падіння у гравітаційному полі Землі, а r приблизно дорівнює R - Радіус Землі. Маса, яка визначається співвідношеннями (3) і (4), називається гравітаційною масою тіла. В принципі нізвідки не випливає, що Маса, що створює поле тяжіння, визначає і інерцію того самого тіла. Однак досвід показав, що інертна і гравітаційна маса пропорційні один одному (а при звичайному виборі одиниць вимірювання чисельно рівні). Цей фундаментальний закон природи називається принципом еквівалентності. Його відкриття пов'язані з ім'ям Г. Галілея, який встановив, що це тіла Землі падають з однаковим прискоренням. А. Ейнштейн поклав цей принцип (вперше сформульований) в основу загальної теорії відносності. Експериментально принцип еквівалентності встановлений із дуже великою точністю. Вперше (1890-1906) прецизійна перевірка рівності інертної та гравітаційної Мас була зроблена Л. Етвешем, який виявив, що Маси збігаються з помилкою ~ 10 -8 . У 1959-64 роках американські фізики Р. Дікке, Р. Кротков і П. Ролл зменшили помилку до 10 -11 , а 1971 року радянські фізики В.Б. Брагінський та В.І. Панів - до 10-12.

Принцип еквівалентності дозволяє найбільш природно визначати масу тіла зважуванням.

Спочатку Маса розглядалася (наприклад, Ньютоном) як міра кількості речовини.Таке визначення має ясний сенс лише порівняння однорідних тіл, побудованих з одного матеріалу. Воно підкреслює адитивність Маси - Маса тіла дорівнює сумі Маси його частин. Маса однорідного тіла пропорційна його об'єму, тому можна запровадити поняття щільності – маси одиниці об'єму тіла.

У класичній фізиці вважалося, що Маса тіла не змінюється у жодних процесах. Цьому відповідав закон збереження Маси (речовини), відкритий М.В.Ломоносовим та А.Л.Лавуазьє. Зокрема, цей закон стверджував, що у будь-якій хімічній реакції сума Мас вихідних компонентів дорівнює сумі Мас кінцевих компонентів. Поняття Маса набуло глибшого сенсу в механіці спеціальної теорії відносності А. Ейнштейна, що розглядає рух тіл (або частинок) з дуже великими швидкостями - порівнянними зі швидкістю світла з ~ 3x10 10 см/сек. У новій механіці – вона називається релятивістською механікою – зв'язок між імпульсом та швидкістю частинки дається співвідношенням:

При малих швидкостях (v c) це співвідношення переходить у Ньютонове співвідношення р = mv. Тому величину m₀ називають масою спокою, а Масу частинки, що рухається m визначають як залежний від швидкості коефіцієнт пропорційності між p і v:

Маючи на увазі, зокрема, цю формулу, кажуть, що маса частинки (тіла) зростає зі збільшенням її швидкості. Таке релятивістське зростання Маси частки у міру підвищення її швидкості необхідно враховувати при конструюванні прискорювачів заряджених високих енергій. Маса спокою m₀ (Маса у системі відліку, пов'язаної з часткою) є найважливішою внутрішньою характеристикою частки. Всі елементарні частинки мають строго певні значення m₀, Притаманними даному сорту частинок.

Слід зазначити, що в релятивістській механіці визначення Маси з рівняння руху (2) не еквівалентне визначенню Маси як коефіцієнта пропорційності між імпульсом і швидкістю частинки, так як прискорення перестає бути паралельним силі, що викликала його, і Маса виходить залежною від напрямку швидкості частинки.

Відповідно до теорії відносності, Маса частинки m пов'язана з її енергією Е співвідношенням:

Маса спокою визначає внутрішню енергію частки - так звану енергію спокою E₀ = m₀з 2 . Таким чином, з Масою завжди пов'язана енергія (і навпаки). Тому не існує окремо (як у класичній фізиці) закону збереження Маси та закону збереження енергії - вони злиті в єдиний закон збереження повної (тобто включає енергію спокою частинок) енергії. Наближений поділ на закон збереження енергії та закон збереження Маси можливий лише в класичній фізиці, коли швидкості частинок малі (v c) і відбуваються процеси перетворення частинок.

У релятивістській механіці Маса не є адитивною характеристикою тіла. Коли дві частинки з'єднуються, утворюючи один складовий стійкий стан, то виділяється надлишок енергії (рівний енергії зв'язку) D Е, який відповідає Масі D m = D E/с 2 . Тому Маса складової частинки менше суми Мас утворюють його частинок на величину D E/с 2 (Так званий дефект мас). Цей ефект проявляється особливо сильно у ядерних реакціях. Наприклад, Маса дейтрона (d) менше суми Мас протона (p) та нейтрону (n); дефект Мас D m пов'язаний з енергією Е _g гамма-кванта ( g ), що народжується при утворенні дейтрона: р + n -> d + g , E _g = D mc 2 . Дефект маси, що виникає при утворенні складової частки, відображає органічний зв'язок маси та енергії.

Одиницею Маси у СГС системі одиниць служить грам, а в Міжнародній системі одиниць СІ - кілограм. Маса атомів та молекул зазвичай вимірюється в атомних одиницях маси. Маса елементарних частинок прийнято виражати або в одиницях Маси електрона m_e, або енергетичних одиницях, вказуючи енергію спокою відповідної частки. Так, Маса електрона становить 0,511 Мев, Маса протона – 1836,1 m_e, або 938,2 МеВ і т.д. буд.

Природа Маси - одне з найважливіших невирішених завдань сучасної фізики. Вважають, що Маса елементарної частки визначається полями, які з нею пов'язані (електромагнітним, ядерним та іншими). Проте кількісна теорія Маси ще створено. Не існує також теорії, що пояснює, чому Маса елементарних частинок утворюють дискретний спектр значень і тим більше дозволяє визначити цей спектр.

В астрофізиці Маса тіла, що створює гравітаційне поле, визначає так званий гравітаційний радіус тіла R_гр = 2GM/c 2 . Внаслідок гравітаційного тяжіння ніяке випромінювання, у тому числі світлове, не може вийти назовні за поверхню тіла з радіусом. R =< R_гр. Зірки таких розмірів невидимі; тому їх назвали "чорними дірками".

Дозволяється передрук та копіювання матеріалів із зазначенням прямого індексованого посилання

Маса (фізика)

У цій статті пояснюється, що означає маса у фізиці. Ви зможете побачити характеристики маси, приклади маси реальних об'єктів та різні існуючі типи маси. Нарешті, показана різниця між термінами маса та вага у фізиці.

Що таке маса у фізиці?

У фізиці маса - Це скалярна величина, що вказує кількість речовини, що присутня в тілі. Простіше кажучи, маса - це фізична величина, яка використовується для вимірювання кількості матерії, що міститься в тілі.

У Міжнародній системі одиниць (СІ) маса виявляється у кілограмах (кг). Хоча залежно від значення маси, масу тіла зазвичай виражають також у тоннах (т), грамах (г) або міліграмах (мг).

Всі тіла та предмети мають масу, але залежно від властивостей матеріалу маса тіла буде більшою або меншою. Зокрема, якщо два різних об'єкти мають однаковий обсяг, об'єкт з більшою масою буде об'єктом з більшою щільністю.

Поняття маси прийнято плутати з поняттям ваги, проте ці два терміни означають різні речі. Нижче ми побачимо, чим відрізняються маса та вага.

Характеристики тесту

У фізиці маса – це величина, яка характеризується такими елементами:

• Маса – скалярна величина, тобто це внутрішня цінність кожного тіла.
• Маса не залежить від гравітації, тому маса на Землі буде такою самою, як на Місяці або будь-якій іншій зірці.
• У Міжнародній системі одиниць маса виражається у кілограмах (кг).
• Масу тіла чи предмета вимірюють з допомогою ваг.

Приклади тесту

Після того, як ми побачили визначення маси та її характеристики, побачимо кілька прикладів маси різних тіл.

• Маса одного літра води: 1 кг.
• Маса баскетбольного м'яча: 0,6 кг.
• Вага малюка: 3,5 кг.
• Маса велосипеда: 6 кг.
• Маса Ейфелевої вежі: 73000000 кг.
• Маса електрона: 9,1 · 10 -31 кг.
• Маса Землі: 5,9736 10 24 кг.
• Маса Сонця: 1,9891 10 30 кг.
• Маса Місяця: 7,349 10 22 кг.

Зауважте, що деякі з цих значень є приблизними, наприклад, маса велосипеда буде залежати від моделі.Однак маси зірок та електрона точні, оскільки їх можна обчислити.

Види тіста

Залежно від галузі дослідження значення терміна "маса" може різнитися. Ми залишаємо вас нижче списку найпоширеніших визначень маси.

• Інерційна маса : це опір, який тіло прискорює при додатку сили. Логічно, що якщо до об'єкта малої маси прикладено силу, він прискориться сильніше. І навпаки, що більше маса об'єкта, то менше прискорення він набуває при додатку до нього сили. Цей тип маси це те, що ми зазвичай називаємо у фізиці.
• Гравітаційна маса : кількість матерії, яка втручається в гравітаційне поле, чи то тіло, що створює гравітаційне поле (активна гравітаційна маса), чи тіло, що притягується (пасивна гравітаційна маса). Значення гравітаційної маси збігається зі значенням інертної маси, але це два різні поняття.
• Атомна маса : маса атома Цей тип маси використовується в хімії та вимірюється в АМЕ (одиницях атомної маси).
• Молярна маса : кількість маси одного молячи певної речовини. Виражається в кг/моль або г/моль.
• Квантова маса : це різниця між квантовою частотою тіла та його хвильовим числом. Цей тип маси використовується у релятивістській квантовій механіці.

Як бачите, маса є частиною багатьох областей науки і фактично включена до багатьох формул. Наприклад, у фізиці маса тіла використовується виконання багатьох типів обчислень, таких як гравітаційна сила, сила натягу чи сили інерції.

Різниця між масою та вагою

У цьому останньому розділі ми побачимо, у чому різниця між масою та вагою, оскільки це два поняття, які ми зазвичай плутаємо у повсякденному житті.

Різниця між масою та вагою у тому, що це різні фізичні властивості. Маса - це кількість речовини, яка має тіло, і вимірюється в кілограмах (кг), а вага - це сила гравітації, яку Земля чинить на тіло, а її одиницею виміру є ньютон (Н).

Отже, маса тіла — це не те саме, що його вага. Ці два поняття пов'язані, тому що чим більша маса тіла, тим більше воно важитиме, але вони означають різні речі.

Фактично, гравітація математично пов'язує масу та вагу об'єкта. Отже, якщо ви знаєте гравітацію планети, вам просто потрібно помножити масу об'єкта значення гравітації, щоб дізнатися його вагу.

Тому, коли ми питаємо «скільки ти важиш?» » Насправді нам слід запитати: «Яка ваша маса?» » дізнатися про масу людини. Очевидно, ми вже розуміємо, що нас питають про масу, але з наукового погляду це неправильно.

Будь на хвилі! Будь із нами!

Маса у фізиці є одним з основних понять, що використовується в багатьох законах динаміки та статики. Тому потрібно чітко розібратися, що це.

Що таке маса у фізиці? Види маси, формули, маса у сучасній фізиці

Від DA

Маса у фізиці є одним з основних понять, що використовується в багатьох законах динаміки та статики. Тому потрібно чітко розібратися, що це за величина. У цій статті докладно розглядається питання, що таке маса у фізиці. Отже, почнемо.

Види, значення

Що таке маса у фізиці? Стисло можна сказати, що під цим терміном розуміють фізичну величину, властиву матерії. Вона визначає її гравітаційні, інерційні та енергетичні властивості. Маса вимірюється у кілограмах у системі СІ.

Показує ця величина декількома способами.По-перше, існує так звана інерційна маса. Вона визначає можливість змінювати швидкість тіла при дії зовнішньої сили на нього та розраховується за такою формулою: m=F/a. Де a - прискорення, що виникає в результаті дії сили F. Чим більша інерційна маса, тим складніше розігнати тіло і важче зупинити його. Ще однією формулою, що дає відповідь на питання, як знайти у фізиці масу (інерційну), є такою: m=p/v. Де p – імпульс тіла, v – швидкість.

По-друге, слід сказати про гравітаційну масу. Що таке у фізиці означає цей термін? Це величина, яка є коефіцієнтом пропорційності у формулі для сили гравітаційного тяжіння між двома тілами. Ця формула називається законом всесвітнього тяжіння, записується так: F = G * m1 * m2 / r2. Тут r – відстань між тілами, G – постійна гравітація. Маси m1 і m2 показують інтенсивність сили тяжіння F. Нарешті, по-третє, маса - це величина, що описує енергію, що міститься в тілах. Інтерпретація цих величин як єдиної матерії стала можливою завдяки появі теорії відносності Ейнштейна та розвитку атомної галузі промисловості. В даний час в результаті аналізу великої кількості експериментальних даних доведено, що всі описані види маси є однією і тією самою характеристикою. Наприклад, різниця між інерційною та гравітаційною величиною знаходиться в області похибки вимірюваних приладів.

Маса та вага

При розгляді питання, що таке маса у фізиці, вище було сказано, що вона пропорційна до кількості речовини, але не є ним. Тут же скажемо, що вага тіла пропорційна його масі, але нею не є. Ці поняття часто плутають між собою.Коли ми вимірюємо свою масу тіла в кілограмах за допомогою будь-яких терезів, то насправді ми визначаємо вагу. Під останнім розуміють значення сили, з якою тіло тисне на опору чи з якої розтягує нитку, прикріплену щодо нього. Вага тіла за абсолютною величиною збігається із силою тяжіння. Розрахунок його виконується за такою формулою: P=m*g. Де g = 9,81 м/с2 – прискорення, яке всім тілам повідомляє тяжіння нашої планети поблизу її поверхні. Остання формула дозволяє визначити масу: m=P/g.

Ваги для вимірювання маси

Ваги підлогові, електронні, ручні, що використовуються для вимірювання маси тіла у фізиці, відкалібровані спеціальним чином. Вони показують одразу кілограми. Тобто перераховують вагу в масу за формулою, поданою в пункті вище. Ось так улаштовані ці прилади. Іншим способом вимірювання маси є ваги з двома плечима важеля. Для визначення аналізованої величини з допомогою таких пристроїв використовують набір еталонних гирь. Ними намагаються врівноважити тіло, що вимірюється.

Розрахунок маси через щільність та об'єм

Як знайти масу у фізиці? Обчислити цю величину можна як застосовуючи різні формули, куди входять значення діючих тіло сил. Як було зазначено, аналізована характеристика залежить лінійно кількості речовини. Останнє займає деяку частину простору, що називається обсягом. А один з одним вони пов'язані через густину. Пояснимо докладніше. Відповідна формула, що зв'язує об'єм, масу та щільність у фізиці, виглядає так: m=ρ*V. Якщо два тіла мають однаковий об'єм, але мають різну щільність, то маса того тіла буде більшою, у якого щільність вища. Прикладом таких матеріалів є дерево та метал або пух та камінь.Відповідно збільшення обсягу тіла при постійній щільності призводить до зростання його маси.

Маса та бозон Хіггса

В даний час у фізиці існує актуальна і важлива задача, яка полягає в створенні єдиної фізичної теорії Всесвіту, що спостерігається. .Проблема виникла при описі в рамках отриманої теорії явища гравітації.

Вона пов'язана прямим чином з масою тіла. Причиною існування останньої є так званий бозон Хіггса. ЦЕРН. В даний час багато груп вчених працюють над проблемою створення загальної теорії, в якій масі буде відведено. ключова позиція.