Что такое вес масса

В чем разница между массой и весом, есть ли отличия и сравнение понятий

В обычной жизни люди путают эти понятия, считая термины взаимозаменяемыми. Однако с научной точки зрения они считаются абсолютно разными и имеют свои конкретные определения. Итак, масса и вес – в чем заключается разница между ними? По сути, весом называют силу, с которой объект воздействует на горизонтальную поверхность или вертикальный подвес. При этом масса представляет собой меру инертности объекта.

Что такое масса, как ее вычислить, и чем она отличается от веса?

Понятие, с которым мы знакомы с самого раннего детства, – масса. И все же в курсе физики с ее изучением связаны некоторые трудности. Поэтому нужно четко определить, что такое масса. Как ее можно узнать? И почему она не равна весу?

Чем отличается масса от веса?

Чем отличается масса от веса?

Чем отличается

У терминов «масса» и «вес» существует несколько определений. Поэтому неудивительно, что порой бывает сложно разобраться в том, что действительно значат данные понятия и чем они отличаются между собой. Рассмотрим вес и массу с точки зрения физики.

Формулы массы в физике. Инерционная и гравитационная массы. Относительная атомная масса. Масса и энергия

Масса является одним из важных свойств материи. Это понятие применяют при решении задач различного характера, начиная от проблем в механике и заканчивая химическими расчетами. Рассмотрим в статье, с помощью каких формул массу в физике можно рассчитать.

Вес и масса: разница с точки зрения науки

Современным юным физикам и не только часто приходится сталкиваться с различными понятиями. Нередко возникает вопрос, в чем разница между массой и весом. Действительно, многие их путают и неверно употребляют в предложениях, хотя они обозначают не совсем одно и то же. Эти слова в некотором смысле являются синонимами. Так в чем разница веса и массы тела?

Масса тела

Строго говоря, масса это количественная характеристика, то сколько вещества содержится в том или ином объекте. Поэтому, она выражается скалярной величиной.

Однако, для описания массы используются понятия на которые она влияет — “энергия” и “импульс”.

Масса тела

  1. Инертная масса — то сколько сил потребуется, чтобы сдвинуть тело в невесомости.
  2. Гравитационная масса — поле гравитации, которое создает тело (или сила гравитационного взаимодействия с другими телами).

Понятие «вес»

Этот термин показывает, насколько объект считается тяжелым. Именно поэтому рассматриваемые понятия часто применяют как синонимы. Однако с технической точки зрения вес – это сила, которую массосодержащий объект оказывает на другое тело только под влиянием силы тяжести. Потому его измеряют в ньютонах.

Таким образом, это понятие применяют для оценки количества силы, которую гравитация производит на тело. Она зависит от массы. Чем выше этот параметр, тем больше гравитация. На Земле она составляет примерно 9,8 ньютона на 1 килограмм.

Если речь идет о том, что человек весит 70 килограммов, его вес будет составлять 70*9.8 = 686 ньютонов. Эту силу для удобства оценивают в килограммах.

На Луне, где сила тяжести меньше в 6 раз, чем на Земле, 70-килограммовый космонавт будет весить 112 ньютонов. На Земле это соответствует значению 11,2 килограмма.

Даже на МКС, где люди пребывают в состоянии невесомости, они обладают массой. Космонавтам все равно требуется отталкиваться от стен и перемещения. Чем больше они весят, тем больше усилий понадобится для этого.

Что такое масса?

Масса в физике – это скалярная величина. Она определяет свойства тела в ситуациях, когда его скорость существенно ниже скорости света. Массу разделяют на две разновидности:

  • гравитационная – отображает, с какой силой взаимодействует тело с внешними гравитационными полями, а также какое поле тяготения создает само тело;
  • инертная – показывает свойство тела оставаться в покое либо двигаться прямолинейно при отсутствии внешнего воздействия.

Масса определяет, сколько вещества содержится в предмете, и выражается в килограммах. Численно она приблизительно соответствует весу тела в кгс (килограмм-сила), которое находится в состоянии покоя у земной поверхности. В обыденных ситуациях слова «вес» и «масса» часто употребляются в качестве синонимов, но это не одно и то же.

Например, если вес космонавта на Земле составляет 80 кг, то на орбите он будет практически равен нулю, на Луне – около 15 кг, а на Юпитере – 200 кг. При этом масса во всех ситуациях остается одинаковой.

При измерении массы не принимается во внимание действие различных сил. Ее рассчитывают, когда тело находится в состоянии покоя и инертности. Примечательно, что в медицине обычно приходится иметь дело с такими понятиями, как «вес человека», хотя, по сути, речь идет о массе.

Общие понятия

Масса - величина постоянная

Следует начать с определений интересующих нас слов. С точки зрения науки, вес – сила, с которой тело действует на опору, если она в горизонтальном положении, или подвес, если положение вертикальное. Масса же – физическая величина, измеряющая гравитационные и инертные свойства тел. Первая разница веса и массы в том, что вес измеряется в Ньютонах, а масса в килограммах, согласно международной системе единиц.

Вопрошающий – это просьба или унижение? Вам будет интересно: Вопрошающий – это просьба или унижение?

В качестве примера, который поможет увидеть разницу двух понятий, можно привести даже человеческое тело. Если подпрыгнуть, то сразу же после отрыва от поверхности пола вес ваш будет стремительно уменьшаться вплоть до 0 (в самой верхней части траектории вы будете в невесомости, только этого не почувствуете). При этом масса ваша остается постоянной. Теперь вы знаете, как быстро сбросить вес.

Или же, например, вес космонавта на Земле был один, на Луне он бы уменьшился почти в 6 раз, а на других планетах увеличился в десятки раз. Но все это время его масса бы ни на грамм не изменилась.

Еще разница веса и массы в том, что первое понятие зависит от движения (скорости), а второе – нет.

Определение массы

Естественнонаучный смысл этой величины в том, что она определяет количество вещества, которое содержится в теле. Для ее обозначения принято использовать латинскую букву m. Единицей измерения в стандартной системе является килограмм. В задачах и повседневной жизни часто используются и внесистемные: грамм и тонна.

В школьном курсе физики ответ на вопрос: «Что такое масса?» дается при изучении явления инерции. Тогда она определяется, как способность тела сопротивляться изменению скорости своего движения. Поэтому массу еще называют инертной.

что такое масса

Как измерить вес тела

Второй закон Ньютона гласит, что ускорение равно силе, делённой на массу. Таким образом, F=m*a. Так как Fтяж равна P (если тело находится в покое или движется по прямой (относительно Земли) с одинаковой скоростью), то и Р тела будет равняться произведению массы и ускорения (P=m*a).

Мы знаем, как найти массу, и знаем, что такое вес тела, осталось разобраться с ускорением. Ускорение – это физическая векторная величина, которая обозначает изменение скорости тела за единицу времени. Например, объект движется первую секунду со скоростью 4 м/с, а на второй секунде его скорость увеличивается до 8 м/с, значит, его ускорение равняется 2. По международной системе единиц ускорение рассчитывается в метрах на секунду в квадрате [м/с 2 ].

Если поместить тело в специальную среду, где будет отсутствовать сила сопротивления воздуха – вакуум, и убрать опору, то объект начнёт лететь равноускоренно. Название этого явления — ускорение свободного падения, которое обозначается g и рассчитывается в метрах на секунду в квадрате [м/с 2 ].

Интересно, что ускорение не зависит от массы тела, а значит если мы кинем листок бумажки и гирю на Земле в специальных условиях, при которых отсутствует воздух (вакуум), то эти предметы приземлятся в одно и то же время. Так как листок имеет большую площадь поверхности и относительно маленькую массу, то для того чтобы упасть, ему приходятся сталкиваться с большим сопротивлением воздуха. В вакууме такого не происходит, и поэтому перо, листок бумаги, гиря, пушечное ядро и другие предметы будут лететь с одной и той же скоростью и упадут в одно время (при условии, что они начнут лететь в одно и то же время, и их первоначальная скорость будет равняться нулю).

Так как Земля имеет форму геоида (или по-другому эллипсоида), а не идеального шара, то и ускорение свободного падения в разных участках Земли разное. Например, на экваторе оно равно 9,832 м/с 2 , а на полюсах 9,780 м/с 2 . Это происходит потому, что на некоторых участках Земли расстояние до ядра больше, а на некоторых меньше. Чем ближе объект находится к центру, тем сильнее он притягивается. Чем объект дальше, тем сила тяжести меньше. Обычно, в школе округляют это значение до 10, это делается для удобства расчётов. Если же необходимо измерить более точно (в инженерном или военном деле и так далее), то берут конкретные значения.

Таким образом, формула для расчёта веса телу будет выглядеть следующим образом P=m*g.

Сила действующая на тело: F = m*a

Формулы для инерции

Инерционная масса

В физике формула нахождения массы инерционной имеет следующий вид:

Здесь F – сила, которая на тело действует и вызывает появление у него ускорения a. Формула показывает, что чем больше будет действующая сила и чем меньше она сообщит ускорение телу, тем больше инерционная масса m.

Помимо записанного выражения, следует привести еще одну формулу нахождения массы в физике, которая связана с явлением инерции. Эта формула имеет вид:

Здесь p – количество движения (импульс), v – скорость тела. Чем большим количеством движения обладает тело и чем меньше его скорость, тем большую инерционную массу оно имеет.

Инерционная

Говоря об инерционной массе, многие физики начинают приводить формулу для второго закона Ньютона, в которой сила, масса тела и ускорение связаны в одно равенство. Тем не менее существует более фундаментальное выражение, из которого сам Ньютон сформулировал свой закон. Речь идет о количестве движения.

В физике под количеством движения понимают величину, равную произведению массы тела m на скорость его перемещения в пространстве v, то есть:

Для любого тела величины p и v – это векторные переменные характеристики. Величина же m – это некоторый постоянный для рассматриваемого тела коэффициент, который связывает p и v. Чем больше этот коэффициент, тем больше будет величина p при постоянной скорости и тем сложнее остановить движение. То есть масса тела – это характеристика инерционных его свойств.

Второй закон Ньютона

Используя записанное выражение для p, Ньютон получил свой знаменитый закон, который описывает математически изменение количества движения. Его принято выражать в следующей форме:

Здесь F – сила, которая действует на тело с массой m и сообщает ему ускорение a. Как и в предыдущем выражении, масса m – это коэффициент пропорциональности между двумя векторными характеристиками. Чем больше масса тела, тем сложнее изменить его скорость (меньше a) с помощью постоянной действующей силы F.

Снова невесомость

Ну что, с весом разобрались. А теперь давайте сделаем так, чтобы его не стало и получилась та самая невесомость.

Чтобы привыкнуть к ощущению невесомости в космосе, космонавты тренируется в специальных самолетах-лабораториях:

пример невесомости

Он взлетает и начинает просто падать, чтобы ускорение самолета было равно ускорению свободного падения. В этот момент, в формуле веса из g вычитается равное ему значение и получается 0:

P = m (g-a) = m (9,8 – 9,8) = 0

Вот мы и в невесомости!

Если они летят вокруг Земли, то да. Как писал Дуглас Адамс в книге «Автоспом по галактике»: «Летать просто. Нужно просто промахнуться мимо Земли».

Когда космический корабль обращается вокруг Земли, он просто пытается на нее упасть, но промахивается. Такой процесс происходит, когда корабль движется с первой космической скоростью, равной 7.9 км/с. Это та скорость, с которой корабль становится искусственным спутником Земли.

Кстати, есть еще вторая и третья космические скорости. Вторая космическая скорость — это скорость, которая нужна, чтобы корабль стал искусственным спутником Солнца, а третья — чтобы вылетел за пределы солнечной системы. Такие дела 🙂

Как масса связана с плотностью?

Очень просто. Чем больше плотность вещества, из которого состоит тело, тем большее значение будет иметь его масса. Ведь плотность определяется, как отношение двух величин. Первой из них является масса, объем — вторая. Чтобы обозначить эту величину выбрали греческую букву ρ. Единицей измерения оказывается отношение килограмма к кубическому метру.

Исходя из всего выше сказанного, формула массы принимает такой вид:

m = ρ * V, в которой буквой V обозначен объем тела.

масса объем

Так что же больше, вес или масса тела, если отталкиваться от цифр?

Из написанного выше понятно, что в реальности, вес тела всегда выше его массы. Исключение составляют идеальные условия абсолютной невесомости.

Например, при свободном падении без учета сопротивления воздуха, или нахождение где-то в глубинах Вселенной, куда не дотягиваются гравитационные волны крупнейших космических объектов.

Казалось бы при чем здесь весы?

Надо сказать, что даже в ученой среде, вплоть до 19 века не делали различия между весом и массой тела.

Этому в немалой степени способствовали напольные весы, которые измеряют вес, а показывают массу тела.

Когда 100 килограммовый человек становится на весы, он давит на их поверхность с силой 100 кг. • 9.8 м/с² = 980 кг• м/с² = 980 Ньютон.

Но весы показывают не это значение, а уменьшенное в 9.8 раз, т.е. 100 кг. Поэтому весы правильно работают только у поверхности Земли. Там где значение ускорения свободного падения другое, они показывают неправильную массу тела.

Примеры задач для расчёта веса тела

Первая задача. На стол положили груз массой 2 килограмма. Каков вес груза?

Для решения этой задачи нам понадобится формула по расчёту веса P=m*g. Мы знаем массу тела, а ускорение свободного падения примерно составляет 9,8 м/с 2 . Подставляем эти данные в формулу и получим P=2*9,8=19,6 Н. Ответ: 19,6 Н.

Вторая задача. На стол положили парафиновый шарик, объёмом 0,1 м 3 . Каков вес шарика?

Математическое выражение

В физике для расчета применяется такая формула:

где V – это объем тела.

Этот параметр считается скалярным, и в этом кроется его основное отличие. Вектор веса всегда приложен к подвесу или опоре и направлен строго вниз. Таким образом, этим термином называют силу. Для расчета этого показателя применяют различные формулы.

Если определение параметра осуществляется в состоянии покоя опоры, стоит использовать такой вариант:

где g – представляет собой ускорение свободного падения, которое составляет 9,8 м/с 2 .

формула математике

Вес тела и масса

Если выражение выше применить к силе тяготения на нашей планете, тогда можно записать следующую формулу:

F = m * g, где g = G * M / R2

Здесь M и R – масса нашей планеты и ее радиус, соответственно. Величина g – это знакомое каждому школьнику ускорение свободного падения. Буквой m обозначена гравитационная масса тела. Эта формула позволяет рассчитать силу притяжения Землей тела массой m.

Согласно третьему ньютоновскому закону, сила F должна быть равна реакции опоры N, на которой покоится тело. Это равенство позволяет ввести новую физическую величину – вес. Весом называют силу, с которой тело растягивает подвес или давит на определенную опору.

Измерение веса тела

Многие люди, которые не знакомы с физикой, не различают понятия веса и массы. В то же время это совершенно разные величины. Они измеряются в разных единицах (масса в килограммах, вес в ньютонах). Кроме того, вес не является характеристикой тела, масса же ею является. Тем не менее рассчитать массу тела m можно, зная его вес P. Это осуществляется по следующей формуле:

Плотность и объем

Как было отмечено, масса – это неотъемлемое свойство материи, поэтому ее можно вычислить с помощью других физических характеристик тел. Этими характеристиками являются объем и плотность.

Объем представляет собой некоторую часть пространства, которая ограничена поверхностью тела. Измеряется он в кубических единицах длины, например, в м3.

Плотность – это свойство вещества, которое отражает количество материи, помещенной в единице объема.

Формула массы вещества через объем и плотность записывается так:

Чем больше объем тела и чем выше его плотность, тем большей массой оно обладает. В связи с этим фактом полезно вспомнить знаменитую загадку про то, что имеет большую массу: 1 тонна пуха или 1 тонна железа. В отсутствии выталкивающей архимедовой силы массы обоих веществ равны. Пух имеет гораздо меньшую плотность, чем железо, однако разница в плотности компенсируется аналогичной разницей в объеме.

Задачи на вычисление массы

Продолжением разговора о том, что такое масса, должно быть решение заданий, связанных с жизнью. Здесь приведены две ситуации, которые наглядно продемонстрируют применение знаний на практике.

Задача № 4. Условие: В 1979 году произошла авария танкера, в результате которой в залив попала нефть. Ее пятно имело диаметр 640 м и толщину около 208 см. Какова масса разлившейся нефти?

Решение. Плотность нефти 800 кг/м 3 . Для того чтобы воспользоваться уже известной формулой, нужно знать объем пятна. Его легко вычислить, если принять пятно за цилиндр. Тогда формула объема будет такой:

Причем r — это радиус, а h — высота цилиндра. Тогда объем получится равным 668794,88 м 3 . Теперь можно сосчитать массу. Она получится такой: 535034904 кг.

Ответ: масса нефти приблизительно равна 535036 т.

Задача № 5. Условие: Длина самого длинного телефонного кабеля равна 15151 км. Чему равна масса меди, которая пошла на его изготовление, если сечение проводов равно 7,3 см 2 ?

Решение. Плотность меди равна 8900 кг/м 3 . Объем находится по формуле, которая содержит произведение площади основания на высоту (здесь длину кабеля) цилиндра. Но сначала нужно перевести эту площадь в квадратные метры. То есть разделить данное число на 10000. После расчетов получается, что объем всего кабеля приблизительно равен 11000 м 3 .

Теперь нужно перемножить значения плотности и объема, чтобы узнать, чему равна масса. Результатом оказывается число 97900000 кг.

Ответ: масса меди равна 97900 т.

масса равна

Итоги

Рассматриваемые понятия имеют много отличий. Так, масса считается физическим показателем, который определяет количество вещества. При этом вес представляет собой силу, с которой предмет оказывает давление на опору. Для расчета рассматриваемых понятий применяют различные формулы.

Масса – единая характеристика

Выше отмечалось, что масса тела бывает гравитационная и инерционная. Разрабатывая свою теорию относительности, Альберт Эйнштейн исходил из предположения, что отмеченные виды массы представляют собой одну и ту же характеристику вещества.

До настоящего времени были проведены многочисленные измерения обоих видов масс тел в различных ситуациях. Все эти измерения привели к выводу: гравитационная и инерционная массы совпадают между собой с точностью приборов, которые использовались для их определения.

Стремительное развитие атомной энергетики в середине прошлого века углубило понимание концепции массы, которая оказалась связанной с энергией через константу скорости света. Энергия и масса тела – это проявление некоторой единой сущности материи.

Еще одна задача, связанная с массой

Задача № 6. Условие: Самая большая свеча массой 89867 кг была диаметром 2,59 м. Какой была ее высота?

Решение. Плотность воска — 700 кг/м 3 . Высоту потребуется найти из формулы объема. То есть V нужно разделить на произведение π и квадрата радиуса.

А сам объем вычисляется по массе и плотности. Он оказывается равным 128,38 м 3 . Высота же составила 24,38 м.

Энергия

Масса и энергия

Выше были приведены разные формулы, как найти массу в физике. Завершая статью, хотелось бы отметить связь массы и энергии. Это связь носит фундаментальный характер, который отражает пространственно-временные свойства нашей Вселенной. Соответствующая формула массы в физике, полученная Альбертом Эйнштейном, имеет вид:

Квадрат скорости света c является коэффициентом перевода между массой и энергией. Это выражение говорит о том, что обе величины, по сути, являются одной и той же характеристикой материи.

Записанное выражение было подтверждено экспериментально при изучении ядерных реакций и реакций элементарных частиц.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Егор Новиков
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий