С точки зрения классической механики масса тела не зависит от его движения. Если масса покоящегося тела равна m 0 , то и для движущегося тела эта масса останется точно такой же. Теория относительности показывает, что в действительности это не так. Масса тела т , движущегося со скоростью v, выражается через массу покоя следующим образом:
m = m 0 / √(1 - v 2 /c 2) (5)
Отметим сразу же, что скорость, фигурирующая в формуле (5), может быть измерена в любой инерциальной системе. В разных инерциальных системах тело имеет разную скорость, в разных инерциальных системах у него будет также и разная масса.
Масса — такая же относительная величина, как скорость, время, расстояние. Нельзя говорить о величине массы, пока не будет фиксирована система отсчета, в которой мы изучаем тело.
Из сказанного ясно, что, описывая тело, нельзя просто сказать, что его масса такая-то. Например, предложение «масса шарика 10 г» с точки зрения теории относительности совершенно неопределенно. Численное значение массы шарика ничего еще не говорит нам до тех пор, пока не будет указана инерциальная система, по отношению к которой измерена эта масса. Обычно масса тела задается в инерциальной системе, связанной с самим телом, т. е. задается масса покоя.
В табл. 6 приведена зависимость массы тела от его скорости. При этом предполагается, что масса покоящегося тела составляет 1 а. Скорости меньше 6000 км/сек
в таблице не приводятся, так как при таких скоростях отличие массы от массы покоя ничтожно мало. При больших же скоростях эта разница становится уже заметной. Чем больше скорость тела, тем больше его масса. Так, например, при движении со скоростью 299 700 км/сек
масса тела увеличивается уже почти в 41 раз. При больших скоростях даже ничтожное увеличение скорости значительно увеличивает массу тела. Это особенно заметно на рис. 41, где графически изображена зависимость массы от скорости.
Рис. 41. Зависимость массы от скорости (масса покоя тела равна 1 г)
В классической механике изучаются только медленные движения, для которых масса тела совершенно незначительно отличается от массы покоя. При изучении медленных движений массу тела можем считать равной массе покоя. Ошибка, которую мы при этом совершаем, практически незаметна.
Если скорость движения тела приближается к скорости света, то масса при этом растет неограниченно или, как говорят, масса тела становится бесконечной. Только в одном единственном случае тело может приобрести скорость, равную скорости света.
Из формулы (5) видно, что в том случае, если тело будет двигаться со скоростью света, т. е. если v
= с
и √(1 - v 2 /c 2), то должна быть равна нулю и величина m 0 .
Если бы этого не было, то формула (5) потеряла бы всякий смысл, так как деление конечного числа на нуль — недопустимая операция. Конечное число, деленное на нуль, равняется бесконечности — результат, который не имеет определенного физического смысла. Однако мы можем осмыслить выражение «нуль, деленный на нуль». Отсюда и следует, что в точности со скоростью света могут двигаться только объекты, у которых масса покоя равняется нулю. Телами в обычном понимании такие объекты называть нельзя.
Равенство массы покоя нулю означает, что тело с такой массой вообще не может покоиться, а должно всегда двигаться со скоростью с. Объект с нулевой массой покоя, то свет, точнее говоря, фотоны (кванты света). Фотоны никогда и ни в одной инерциальной системе не могут покоиться, они всегда движутся со скоростью с. Тела с массой покоя, отличной от нуля, могут находиться в покое или двигаться с различными скоростями, но с меньшими скоростями света. Скорости света они никогда не могут достигнуть.
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.
В вашем браузере отключен Javascript.Чтобы произвести расчеты, необходимо разрешить элементы ActiveX!
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…
В жизни мы очень часто говорим: «вес 5 килограмм», «весит 200 грамм» и так далее. И при этом не знаем, что допускаем ошибку, говоря так. Понятие веса тела изучают все в курсе физики в седьмом классе, однако ошибочное использование некоторых определений смешалось у нас настолько, что мы забываем изученное и считаем, что вес тела и масса это одно и то же.
Однако это не так. Более того, масса тела величина неизменная, а вот вес тела может меняться, уменьшаясь вплоть до нуля. Так в чем же ошибка и как говорить правильно? Попытаемся разобраться.
Вес тела и масса тела: формула подсчета
Масса это мера инертности тела, это то, каким образом тело реагирует на приложенное к нему воздействие, либо же само воздействует на другие тела. А вес тела это сила, с которой тело действует на горизонтальную опору или вертикальный подвес под влиянием притяжения Земли.
Масса измеряется в килограммах, а вес тела, как и любая другая сила в ньютонах. Вес тела имеет направление, как и любая сила, и является величиной векторной. А масса не имеет никакого направления и является величиной скалярной.
Стрелочка, которой обозначается вес тела на рисунках и графиках, всегда направлена вниз, так же, как и сила тяжести.
Формула веса тела в физике записывается следующим образом:
где m - масса тела
g - ускорение свободного падения = 9,81 м/с^2
Но, несмотря на совпадение с формулой и направлением силы тяжести, есть серьезное различие между силой тяжести и весом тела. Сила тяжести приложена к телу, то есть, грубо говоря, это она давит на тело, а вес тела приложен к опоре или подвесу, то есть, здесь уже тело давит на подвес или опору.
Но природа существования силы тяжести и веса тела одинакова притяжение Земли. Собственно говоря, вес тела является следствием приложенной к телу силы тяжести. И, так же как и сила тяжести, вес тела уменьшается с увеличением высоты.
Вес тела в невесомости
В состоянии невесомости вес тела равен нулю. Тело не будет давить на опору или растягивать подвес и весить ничего не будет. Однако, будет по-прежнему обладать массой, так как, чтобы придать телу какую-либо скорость, надо будет приложить определенное усилие, тем большее, чем больше масса тела.
В условиях же другой планеты масса также останется неизменной, а вес тела увеличится или уменьшится, в зависимости от силы притяжения планеты. Массу тела мы измеряем весами, в килограммах, а чтобы измерить вес тела, который измеряется в ньютонах, можно применить динамометр специальное устройство для измерения силы.
Мы ощущаем это так, будто нас «вдавливает» в пол, или так, будто мы «зависаем» в воздухе. Лучше всего это можно ощутить при езде на американских горках или в лифтах высотных зданий, которые резко начинают подъём и спуск.
Пример:
Примеры увеличения веса:
Когда лифт резко начинает движение вверх, находящиеся в лифте люди испытывают ощущение, будто их «вдавливает» в пол.
Когда лифт резко уменьшает скорость движения вниз, тогда находящиеся в лифте люди из-за инерции сильнее «вжимаются» ногами в пол лифта.
Когда на американских горках проезжают через нижнюю точку горок, находящиеся в тележке люди испытывают ощущение, будто их «вдавливает» в сиденье.
Пример:
Примеры уменьшения веса:
При быстрой езде на велосипеде по небольшим пригоркам велосипедист на вершине пригорка испытывает ощущение лёгкости.
Когда лифт резко начинает движение вниз, находящиеся в лифте люди ощущают, что уменьшается их давление на пол, возникает ощущение свободного падения.
Когда на американских горках проезжают через высшую точку горок, находящиеся в тележке люди испытывают ощущение, будто их «подбрасывает» в воздух.
Когда на качелях раскачиваются до наивысшей точки, ощущается, что на короткий момент тело «зависает» в воздухе.
Изменение веса связано с инерцией - стремлением тела сохранять своё начальное состояние. Поэтому изменение веса всегда противоположно ускорению движения. Когда ускорение движения направлено вверх, вес тела увеличивается. А если ускорение движения направлено вниз, вес тела уменьшается.
На рисунке синими стрелками изображено направление ускорения движения.
1) Если лифт неподвижен или равномерно движется, то ускорение равно нулю. В этом случае вес человека нормальный, он равен силе тяжести и определяется так: P = m ⋅ g .
2) Если лифт движется ускоренно вверх или уменьшает свою скорость при движении вниз, то ускорение направлено вверх. В этом случае вес человека увеличивается и определяется так: P = m ⋅ g + a .
3) Если лифт движется ускоренно вниз или уменьшает свою скорость при движении вверх, то ускорение направлено вниз. В этом случае вес человека уменьшается и определяется так: P = m ⋅ g − a .
4) Если человек находится в объекте, который свободно падает, то ускорение движения направлено вниз и одинаково с ускорением свободного падения: \(a = g\) .
В этом случае вес человека равен нулю: P = 0 .
Пример:
Дано: масса человека - \(80 кг\). Человек входит в лифт, чтобы подняться наверх. Ускорение движения лифта составляет \(7\) м с 2 .
Каждый этап движения вместе с показаниями измерений приведён на рисунках ниже.
1) Лифт стоит на месте, и вес человека составляет: P = m ⋅ g = 80 ⋅ 9,8 = 784 Н.
2) Лифт начинает двигаться наверх с ускорением \(7\) м с 2 , и вес человека увеличивается: P = m ⋅ g + a = 80 ⋅ 9,8 + 7 = 1334 Н.
3) Лифт набрал скорость и едет равномерно, при этом вес человека составляет: P = m ⋅ g = 80 ⋅ 9,8 = 784 Н.
4) Лифт при движении вверх тормозит с отрицательным ускорением (замедлением) \(7\) м с 2 , и вес человека уменьшается: P = m ⋅ g − a = 80 ⋅ 9,8 − 7 = 224 Н.
5) Лифт полностью остановился, вес человека составляет: P = m ⋅ g = 80 ⋅ 9,8 = 784 Н.
В дополнение к картинкам и к примерам задания можно посмотреть видео с экспериментом, проведённым школьниками, в котором показано, как изменяется вес тела человека в лифте. Во время эксперимента школьники используют весы, в которых вес вместо килограммов сразу указывается в \(ньютонах, Н\). http://www.youtube.com/watch?v=D-GzuZjawNI .
Пример:
Состояние невесомости встречается в ситуациях, когда человек располагается в объекте, который находится в свободном падении. Есть специальные самолёты, которые предназначены для создания состояния невесомости. Они поднимаются на определённую высоту, и после этого самолёт переводится в свободное падение в течение примерно \(30 секунд\). Во время свободного падения самолёта находящиеся в нём люди ощущают состояние невесомости. Такую ситуацию можно посмотреть на этом видео.