Содержание
- Масса против веса
- Единицы массы и веса
- Вес: сила из-за силы тяжести
- Ньютоновские законы движения
- Гравитационная и инерционная масса
Массу и вес легко спутать. Разница заключается не только в том, что мешает студентам делать домашние задания, - она находится на переднем крае науки. Вы можете помочь детям понять это, изучая единицы и обсуждая гравитацию, откуда берется масса и как масса и вес действуют в разных ситуациях.
Масса против веса
Важное различие между массой и весом заключается в том, что вес - это сила, а масса - нет. Вес, в частности, относится к силе гравитации, действующей на объект. Масса отражает количество вещества (то есть электронов, протонов и нейтронов), которое содержит объект. Мы можем разместить весы на Луне и взвесить там объект. Вес будет другим, потому что сила тяжести различна. Но масса будет такой же.
Единицы массы и веса
В Соединенных Штатах бытовые и коммерческие весы измеряют вес в фунтах, что является мерой силы, в то время как почти в любой другой стране мира весы измеряются в метрических единицах, таких как граммы или килограммы (1000 граммов). Даже если вы скажете, что что-то «весит» 10 килограммов, вы на самом деле говорите о его массе, а не о весе. В науке вес измеряется в ньютонах, единицах силы, но это не используется в повседневной жизни.
Вес: сила из-за силы тяжести
Вес - это сила, с которой сила тяжести действует на объект. Для преобразования между массой и весом вы используете значение гравитационного ускорения g = 9,81 метра в секунду в квадрате. Чтобы вычислить вес W в ньютонах, вы умножаете массу m на килограммы, умноженные на g: W = mg. Чтобы получить массу от веса, вы делите вес на g: m = W / g. Метрическая шкала использует это уравнение, чтобы дать вам массу, хотя внутренняя работа шкалы реагирует на силу.
С детьми полезно говорить о весе на другой планете, луне или астероиде. Значение g отличается, но принцип тот же. Тем не менее, формулы применяются только вблизи поверхности, где гравитационное ускорение не сильно меняется в зависимости от местоположения. Вдали от поверхности вам нужно использовать формулу Ньютона для гравитационной силы между двумя удаленными объектами. Однако мы не называем эту силу весом.
Ньютоновские законы движения
Первый закон движения Ньютона гласит, что объекты в покое, как правило, остаются в покое, в то время как объекты в движении, как правило, остаются в движении. Второй закон Ньютона гласит, что ускорение объекта a равно чистой силе F, деленной на его массу: a = F / m. Ускорение - это изменение движения, поэтому для изменения состояния движения объекта вы применяете силу. Инерция или масса объекта сопротивляется изменению.
Гравитационная и инерционная масса
Поскольку ускорение - это свойство движения, а не материи, вы можете измерить его, не беспокоясь о силе или массе. Предположим, вы применяете известную механическую силу к объекту, измеряете его ускорение и по нему вычисляете его массу. Это инерционная масса объекта. Затем вы организуете ситуацию, в которой единственной силой на объекте является гравитация, и снова измеряете его ускорение и вычисляете его массу. Это называется гравитационная масса объекта. Физики долго задавались вопросом, действительно ли гравитационная и инерционная масса действительно идентичны. Идея, что они идентичны, называется принципом эквивалентности и имеет важные последствия для законов физики. В течение сотен лет физики проводили чувствительные эксперименты, чтобы проверить принцип эквивалентности.По состоянию на 2008 год лучшие эксперименты подтвердили это одной частью в 10 трлн.