Masa jest definicją wielkości fizycznej. Masa ciała

Spróbujmy wyjaśnić niejasne pytanie - czym jest masa ciała?
Odrzućmy starodawne i często występujące w naszych czasach identyfikowanie masy ciała i jego wagi – wszak jesteśmy już mądrymi ludźmi i wiemy, że waga to tylko siła. Siła, z jaką każde materialne ciało jest przyciągane do Matki Ziemi lub innej planety, gwiazdy i innego mega ciała, w pobliżu powierzchni którego dane ciało się znajduje.
Zacznijmy analizować wyobrażenia ludzkości o masie od czasów starożytnych.

Termin „masa” najwyraźniej został wymyślony przez starożytne gospodynie domowe, ponieważ to słowo ze starożytnej Grecji „μαζα” tłumaczy się jako „kawałek ciasta”. Starożytni naukowcy rozumieli przez masę pewną ilość materii zawartej w ciele fizycznym, nie zwracając na to zbytniej uwagi, wierząc, że i tak wszystko jest jasne - kawałek dla siebie i kawałek.
Podobne definicje masy w popularnych źródłach informacji spotykamy do dziś. Taka terminologia nie wnosi zbytniej jasności do kwestii masy, a jedynie rodzi dodatkowe pytania - ile takiej substancji i co to za substancja?

Pierwsze prace naukowe poświęcone próbie zdefiniowania pojęcia masy ciał należą do Newtona, który ustalił związek między siłowym oddziaływaniem ciał a zmianą charakteru ruchu tych ciał, czyli przyspieszeniem. Te (wówczas - genialne) myśli Newtona były inspirowane eksperymentami dociekliwego Włocha Galileusza, który zrzucał różne przedmioty ze szczytu Krzywej Wieży w Pizie, próbując obalić wielowiekowe złudzenie ludzkości, że ciężki ciało spadnie na Ziemię szybciej niż lżejsze. Ku zaskoczeniu wielu obserwatorów, wszystkie ciała upuszczone przez Galileusza wylądowały w tym samym czasie.

Newton, po zapoznaniu się z eksperymentami Galileusza, poszedł dalej w swoich refleksjach i wnioskach - w jednym ze swoich słynnych praw wskazał, że przyspieszenie spowodowane działaniem dowolnej siły zewnętrznej na ciało jest proporcjonalne do wielkości tego siła.
Oznacza to, że to samo ciało pod działaniem sił o różnym module przyspieszy proporcjonalnie do wielkości (modułu) tych sił: F \u003d ma, gdzie m jest współczynnikiem tej proporcjonalności dla każdego określonego ciała, zwanym jego masą.

Newton, podobnie jak wielu jego poprzedników, nie odważył się całkowicie zerwać związku między „kawałkiem ciasta” a masą ciała, uznając masę za pewną miarę ilości materii. Mimo to stawiał pierwsze nieśmiałe kroki w kierunku zerwania z klasycznymi koncepcjami masy i materii, wskazując na niematerialną stronę masy – jej związek z bezwładnością ciał, czyli ich odwiecznym pragnieniem pokoju. I to już był postęp w nauce.

Tak więc Newton jako pierwszy zastosował w swoich rozważaniach dwa pojęcia masy: jako miary bezwładności i jako źródła grawitacji, czyli grawitacji, nie oddzielając jednak masy od ilości materii w ciele. Jednak interpretacja masy jako miary „ilości materii” była coraz częściej krytykowana przez fizyków i już w XIX wieku została uznana za nienaukową, niefizyczną i pozbawioną sensu.

Patrząc w przyszłość, załóżmy, że ostateczna rozbieżność między pojęciami masy i ilości substancji „prawnie” została sformalizowana w ubiegłym stuleciu, kiedy Międzynarodowy Układ Jednostek SI wraz z siedmioma podstawowymi i dwoma dodatkowymi jednostkami miary wprowadził jednostka miary ilości substancji - mol.

Oszałamiającą rewolucję w wyobrażeniach ludzkości o otaczającym nas świecie spowodowały odkrycia innego geniusza – Alberta Einsteina. Swoją teorią względności spuścił kolejną porcję mgły na pojęcie masy, obalając panujące dogmaty o stałości masy ciał.
Nagle okazało się, że masa zależy od prędkości ciała, podczas gdy ciało materialne nigdy nie może poruszać się z maksymalną prędkością - prędkością światła, w przeciwnym razie jego masa stanie się nieskończenie duża. Wnioski Einsteina sugerowały ideę ścisłego związku między masą a energią ciała i okazało się, że cały otaczający nas świat to nic innego jak jakaś forma istnienia energii, która, jak wiemy dzisiaj, jest rzeczą stałą co do wielkości.

Fizycy mają do czynienia tylko z pewnymi rozbieżnościami w masie cząstek poruszających się z prędkością światła – fotonów, a także hipotetycznych gluonów i grawitonów. Przecież zgodnie z powyższymi wnioskami masa takich cząstek powinna być nieskończona, a to nie wchodzi w rachubę...
Nielogiczny węzeł gordyjski został przecięty nieostrożną falą - fotony, gluony i grawitony uznano za cząstki niematerialne, które nie mają masy w zwykłym tego słowa znaczeniu.

Dalsze rozważania w środowisku naukowym na temat masy doprowadziły nawet do pewnej klasyfikacji tego pojęcia – rozróżnia się masę grawitacyjną (lub pasywną), która charakteryzuje oddziaływanie ciała z zewnętrznymi polami sił i zdolność ciał do tworzenia takich pól, oraz masę bezwładnościową. masa, która charakteryzuje właściwość ciał polegającą na przeciwstawianiu się wzrostowi energii kinetycznej.
Jeśli podążać logiką najwybitniejszych umysłów ludzkości, to nasuwa się wniosek, że wszystko wokół nas dąży do pozbycia się energii kinetycznej, czyli energii ruchu, a więc z nadmiaru masy, gdyż ich masa rośnie wraz z prędkość ciał materialnych.
Ogólnie rzecz biorąc, nie jest to taka prosta sprawa - masa ciała ... Przynajmniej - z pewnością nie można tego porównać z kawałkiem ciasta.

W niektórych źródłach informacji spotyka się terminy masa spoczynkowa i masa relatywistyczna, łączące tę wielkość fizyczną z prędkością ciała, a także pojęcie „masy zerowej”, którą posiadają cząstki poruszające się z prędkością światła – fotony, gluony i grawitony, połączone wspólną nazwą - luxony. Luxony nie mają masy spoczynkowej - mogą istnieć tylko w ruchu.

Można śmiało zgadywać, że refleksje ludzkości na temat natury masy ciał są dalekie od logicznego wniosku, ponieważ w ostatnich latach pojawiły się hipotezy i teorie, które próbują przekreślić całą wiedzę ludzkości o Wszechświecie. Niektóre z tych teorii uważają, że prędkość światła nie jest kamieniem milowym - istnieją również prędkości nadświetlne. W ramach szczególnej teorii względności istnienie cząstek o wyimaginowanej masie, tzw. tachionów, jest teoretycznie możliwe. Prędkość takich cząstek musi być większa niż prędkość światła.

Inne hipotezy wprowadzają pojęcia masy ujemnej i dodatniej, twierdząc, że możliwe jest istnienie materialnych ciał lub cząstek, w których pęd i energia ruchu nie pokrywają się z kierunkiem ruchu w przestrzeni. Jak widać fantazje naukowców są nieograniczone i nie sposób przewidzieć, jakie będzie sformułowanie pojęcia „masa ciała” za kilkanaście czy dwa lata.

Podsumowując artykuł, można śmiało wskazać jedynie na niejednoznaczność takich pojęć jak masa, ciężar i ilość materii w ciele.
Cóż, ostateczna odpowiedź na pytanie - jaka jest masa ciała - dla potomków.

W życiu bardzo często mówimy: „waga 5 kilogramów”, „waży 200 gramów” i tak dalej. A jednak nie wiemy, że popełniamy błąd mówiąc tak. Pojęcia masy ciała uczą się wszyscy na fizyce w siódmej klasie, jednak błędne użycie niektórych definicji tak nam się pomieszało, że zapominamy o tym, czego się nauczyliśmy i wierzymy, że masa i masa ciała to jedno i to samo.

Jednak tak nie jest. Co więcej, masa ciała jest wartością stałą, ale ciężar ciała może się zmieniać, zmniejszając się do zera. Co więc jest nie tak i jak mówić poprawnie? Spróbujmy to rozgryźć.

Masa ciała i masa ciała: wzór obliczeniowy

Masa jest miarą bezwładności ciała, jest to sposób, w jaki ciało reaguje na przyłożone do niego uderzenie lub samo oddziałuje na inne ciała. A ciężar ciała to siła, z jaką ciało działa na poziomą podporę lub pionowe zawieszenie pod wpływem ziemskiej grawitacji.

Masę mierzy się w kilogramach, a masę ciała, jak każdą inną siłę, w niutonach. Ciężar ciała ma kierunek, jak każda siła, i jest wielkością wektorową. Masa nie ma kierunku i jest wielkością skalarną.

Strzałka wskazująca ciężar ciała na rysunkach i wykresach jest zawsze skierowana w dół, podobnie jak siła grawitacji.

Formuła masy ciała w fizyce jest napisane w następujący sposób:

gdzie m - masa ciała

g - przyspieszenie swobodnego spadania = 9,81 m/s^2

Ale pomimo zbieżności wzoru i kierunku grawitacji, istnieje poważna różnica między grawitacją a masą ciała. Grawitacja jest przykładana do ciała, to znaczy z grubsza to ona naciska na ciało, a ciężar ciała przykładany jest do podpory lub zawieszenia, to znaczy tutaj ciało już naciska na zawieszenie lub podporę .

Ale naturą istnienia grawitacji i ciężaru ciała jest to samo przyciąganie Ziemi. Ściśle mówiąc, ciężar ciała jest konsekwencją siły grawitacji przyłożonej do ciała. I podobnie jak grawitacja, masa ciała maleje wraz ze wzrostem.

Masa ciała w stanie nieważkości

W stanie nieważkości masa ciała wynosi zero. Korpus nie będzie naciskał na podporę ani rozciągał zawieszenia i nic nie będzie ważył. Jednak nadal będzie miał masę, ponieważ aby nadać ciału jakąkolwiek prędkość, konieczne będzie zastosowanie pewnego wysiłku, im większy, tym większa masa ciała.

W warunkach innej planety masa również pozostanie niezmieniona, a ciężar ciała będzie się zwiększał lub zmniejszał w zależności od siły grawitacji planety. Masę ciała mierzymy odważnikami, w kilogramach, a do pomiaru masy ciała, która jest mierzona w Newtonach, możemy użyć dynamometru, specjalnego urządzenia do pomiaru siły.

WAGA

WAGA

(łac. massa, dosł. - bryła, bryła, kawałek), fizyczny. wartość, jeden z charakter materii, który określa jej bezwładność i grawitację. św. Pojęcie „M”. został wprowadzony do mechaniki przez I. Newtona przy określaniu pędu (liczby ruchów) ciała - proporcja p. prędkość swobodnego ruchu ciała v:

gdzie jest współczynnik proporcjonalność m - wartość stała dla danego ciała, jego M. Równoważną definicję M. otrzymujemy z równania ruchu mechaniki klasycznej Newtona:

Tutaj M. jest współczynnikiem. proporcjonalność między siłą f działającą na ciało a wywołanym przez nią przyspieszeniem a. Zdefiniowane w ten sposób M. charakteryzuje Święte Wyspy ciała, yavl. miarę jego bezwładności (im więcej M. ciała, tym mniej nabiera pod wpływem stałej siły) i tzw. inercyjny lub inercyjny M.

W teorii grawitacji Newtona magnetyzm działa jako źródło pola grawitacyjnego. Każde ciało tworzy grawitację, proporcjonalną. M. i oddziałuje na niego pole grawitacyjne tworzone przez inne ciała, które również jest proporcjonalne. M. To pole powoduje przyciąganie ciał z siłą określoną przez prawo grawitacji Newtona:

gdzie r to odległość między środkami mas ciał, G jest uniwersalna, a m1 i m2 to M. przyciągających się ciał. Z f-ly (3) można uzyskać zależność między M. ciała m a jego ciężarem P w polu grawitacyjnym Ziemi:

gdzie g \u003d GM / r2 - (M - M. Ziemia, r "R, gdzie R jest promieniem Ziemi). M., określony relacjami (3) i (4), tzw. grawitacyjny.

W zasadzie nie wynika to znikąd, że magnetyzm, który tworzy pole grawitacyjne, determinuje również bezwładność tego samego ciała. Jednak doświadczenie pokazało, że obojętne i grawitacyjne M. proporcja. siebie nawzajem (i przy zwykłym wyborze jednostek miary są one równe liczbowo). Ten fundament. prawo natury tzw zasada równoważności. Eksperymentalnie ustalono zasadę równoważności z bardzo dużą dokładnością - do 10-12 (1971). Początkowo M. uważano (na przykład przez Newtona) za miarę liczby in-va. Taka definicja jest dość określona. znaczenie tylko dla ciał jednorodnych, podkreśla addytywność M. i pozwala wprowadzić pojęcie gęstości - M. jednostek. objętość ciała. W klasyce fizycy uważali, że M. ciała nie zmienia się w żadnych procesach (prawo zachowania M. (in-va)).

Pojęcie „M”. nabrał głębszego znaczenia w A. Teoria względności Einsteina (patrz TEORIA WZGLĘDNOŚCI), która uwzględnia ciała (lub c-c) z bardzo dużymi prędkościami - porównywalnymi z prędkością światła c»3 1010 cm/s. W nowej mechanice, tzw. relatywistyczny, związek między pędem a prędkością jest określony zależnością:

(przy niskich prędkościach (w

tj. M. h-tsy (ciało) rośnie wraz ze wzrostem jego prędkości. W odniesieniu. Pod względem mechaniki definicje M. z równań (1) i (2) nie są równoważne, gdyż przyspieszenie przestaje być równoległe do siły, która je spowodowała, a M. zależy od kierunku prędkości cząstki . Zgodnie z teorią względności M. h-tsy wiąże się z jego energią? stosunek:

M. reszta m0 określa wewnętrzny. energia wh-tsy - tzw. energia spoczynkowa?0=m0c2. T. energia (i vice versa), czyli w relacji. W mechanice prawa zachowania materii i energii nie istnieją oddzielnie - są połączone w jedno prawo zachowania całkowitej (tj. obejmującej energię spoczynkową h-c) energii. Ich przybliżona separacja jest możliwa tylko w klasyce. fizyce, gdy stany v uwalniają nadmiar energii (równy energii wiązania) D?, co odpowiada M. Dm=D?/c2. Dlatego M. złożonego p-tsy jest mniejsze niż suma M. tworzących go p-ts o wartość D? / c2 (tzw.). Zjawisko to jest szczególnie widoczne w reakcjach jądrowych.

Jednostką M. w układzie jednostek CGS jest , aw układzie SI - . Masa atomów i cząsteczek jest zwykle mierzona w atomowych jednostkach masy. M. element. h-c jest zwykle wyrażane w jednostkach. M. e-on (mnie) lub w energiczny. jednostki (oznaczone odpowiednią godziną). Tak więc M. e-on (me) wynosi 0,511 MeV, M. proton - 1836,1 me, czyli 938,2 MeV itd. Natura M. jest jednym z najważniejszych problemów fizyki, które nie zostały jeszcze rozwiązane. Ogólnie przyjmuje się, że M. elem h-tsy jest określony przez pola, które są z nim związane (elektr.-magnes., Jądrowy itp.). Jednak ilości. teoria M. nie została jeszcze stworzona. Nie ma też teorii wyjaśniającej, dlaczego M. ale. h-ts tworzą discr. wartości, a tym bardziej pozwalając na wyznaczenie tego widma.

Fizyczny słownik encyklopedyczny. - M .: Sowiecka encyklopedia. . 1983 .

WAGA

Fundam. fizyczny wielkość określająca bezwładność i grawitację. właściwości ciał - od makroskopowych. obiektami atomów i cząstek elementarnych - w przybliżeniu nierelatywistycznym, gdy ich prędkości są pomijalne w porównaniu z prędkością światła Z. W tym przybliżeniu M. ciała służy jako miara substancji zawartej w ciele i zachodzą prawa zachowania i addytywności M.: masa izolatów. układ ciał nie zmienia się w czasie i jest równy sumie M. ciał tworzących ten układ. Nierelatywistyczny jest przypadkiem granicznym teoria względności, biorąc pod uwagę ruch z dowolną prędkością do prędkości światła.

Z punktu widzenia teorii względności M. t ciało charakteryzuje swoją energię spoczynkową, zgodnie z zależnością Einsteina:

W teorii względności, jak również w teorii nierelatywistycznej, M. izolowany. układ ciał nie zmienia się w czasie, ale nie jest równy sumie M tych ciał.

Inercyjne (lub inercyjne, inercyjne) właściwości M. w mechanice nierelatywistycznej (newtonowskiej) określają zależności:

i wynikowa relacja

gdzie to pęd ciała, to siła, to przyspieszenie. M. jest również zawarty w kinetyce f-lu. energia ciała T:

W newtonowskiej teorii grawitacji M. służy jako źródło uniwersalnej siły grawitacyjnej, która przyciąga do siebie wszystkie ciała. Siła, z jaką ciało o masie mi przyciąga ciało o masie t 2 , określony przez prawo grawitacji Newtona:

gdzie - stała grawitacyjna, a jest wektorem promienia skierowanym od pierwszego ciała do drugiego. Z f-l (4) i (6) wynika, że ​​przyspieszenie ciała swobodnie spadającego pod wpływem grawitacji. pole, nie zależy od jego M. ani od właściwości substancji, z której składa się ciało. Wzorzec ten, testowany eksperymentalnie w polu Ziemi z dokładnością około 10 -8 oraz w polu Słońca z dokładnością około 10 -12, jest zwykle nazywany. równość inercji i grawitacji. (grawitacyjny, ciężki) M., choć należy podkreślić, że nie mówimy o równości dwóch różnych M., ale o tym samym fizycznym. rozmiar - M., który określa rozkład. zjawiska. w specjalnym teorie względności, energii, pędu i M. są połączone relacjami, które różnią się od relacji mechaniki nierelatywistycznej, ale przechodzą do tej drugiej w. Ważną rolę w mechanice relatywistycznej odgrywa pojęcie energii całkowitej, która jest równa ciała swobodnego do sumy jego energii spoczynkowej i kinetycznej. energia, Zasadniczo cała mechanika relatywistycznej cząstki swobodnej opisana jest dwoma równaniami:

Zauważ, że wartość t, zawarta po prawej stronie równania (7) to ta sama M., która jest zawarta w równaniu mechaniki Newtona. W przeciwieństwie do energii i pędu, które zmieniają się podczas ruchu z jednego układy odniesienia dla drugiego M. pozostaje niezmienione: jest niezmiennikiem Lorentza.

Relacja (3) jest również ważna w teorii względności dla dowolnych wartości , ale relacje (2) i (4) już nie obowiązują. W szczególności kierunek i wielkość przyspieszenia ciała są określone nie tylko przez siłę, ale także przez prędkość, tak że dla nie małych wartości niemożliwe jest wprowadzenie jednej wielkości, która służyłaby jako miara bezwładności ciała , w tym przypadku jest to niemożliwe.

Nie ma go w relatywistycznym przypadku M. i źródła grawitacji. jest to energia-pęd, która generalnie ma 10 składowych.

Z równań (7) i (8) wynika, że ​​jeśli ciało ma zerową M., to zawsze porusza się z prędkością światła i nie może być w spoczynku, i odwrotnie, jeśli ciało porusza się z prędkością światła, jego M. powinno być równe zeru. W granicy te równania implikują to

Oznacza to, że reprodukowana jest relacja Einsteina (1) oraz norelatywistyczne wyrażenia (2) i (5) dla pędu i kinetyki. energia.

Dla dowolnych wartości z równań (7) i (8) dla ciała z można otrzymać

T. n. czynnik Lorentza.

w specjalnym teoria względności, prawa zachowania energii i pędu mają miejsce. W szczególności energia (pęd R) systemy h cząstki swobodne są równe sumie ich energii (pędów)

Stąd i ze wzoru (7) wynika, że ​​M. układu nie jest równy sumie M. jego części składowych. Łatwo więc sprawdzić, że w najprostszym przypadku dwóch fotonów, z których każdy ma energię, ich suma M jest równa zeru, jeśli lecą w jednym kierunku, a jeśli lecą w przeciwnych kierunkach. Przykład ten ilustruje również fakt, że w teorii względności M. układy ciał nie są już miarą ilości materii.

Jednostką m w systemie CGS jest gram, w układzie SI kilogram. M. atomów i cząsteczek mierzy się zwykle w atomowe jednostki masy. M. cząstek elementarnych jest zwykle mierzona w (lub przy użyciu systemu jednostek, w którym c = 1, - w MeV). Np. M. elektron M. proton M. najcięższa z odkrytych cząstek elementarnych -

Znane są liczne. przykłady przemian energii spoczynkowej w energię kinetyczną. energię i odwrotnie. Tak więc na zderzających się wiązkach elektron-pozyton, przy zderzeniu z energiami i przeciwnie skierowanymi pędami, rodzi się spoczynkowy Z-bozon. Podczas anihilacji spoczynkowego elektronu i pozytonu cała ich energia spoczynkowa zamienia się w energię kinetyczną. energia fotonów. W wyniku reakcji termojądrowych na Słońcu dwa elektrony i cztery protony przekształcają się w jądro helu i dwa oraz uwalniana jest energia kinetyczna. energia

W tym przypadku w kinetyce energia jest przenoszona przez około 1% sumy cząstek M. wchodzących w reakcję. Podczas rozszczepienia jądra uranu MeV, czyli ~10-3 M. Podczas spalania metanu

Uwalniana jest energia ~ 10 -10 M. W procesie fotosyntezy M wzrasta o mniej więcej taką samą ilość z powodu pochłaniania energii kinetycznej przez roślinę. energia fotonów.

Jeśli cząstki nie są wolne, jak na przykład elektrony w metalu lub kwarki w nukleonie mają waga efektywna. efekt. Wielkość kwarka zależy od odległości, z jakiej jest mierzony: im mniejsza odległość, tym mniejsza. twaróg. Istnieje zasadnicza różnica między M kwarkiem a M elektronu, ponieważ kwark, w przeciwieństwie do elektronu, nie może znajdować się w stanie wolnym.

Natura cząstek elementarnych M. jest jedną z Ch. pytania z fizyki. Na przełomie XIX i XX wieku. założono, że M. może mieć el.-mag. pochodzenie. W skorupie wiadomo, że e-mag. odpowiedzialny tylko za niewielką część elektronu M. Wiadomo też, że wkład w M. nukleony daje , dzięki gluony, a nie M. zawarte w kwarkach. Ale nie wiadomo, co powoduje, że M. leptony i kwarki. Istnieje hipoteza, że ​​tutaj Fundusze odgrywają rolę. bozony o spinie zerowym – tzw. Bozony Higgsa (zob mechanizm Higgsa). Poszukiwanie tych cząstek jest jednym z głównych problemy fizyki wysokich energii.

W literaturze edukacyjnej, popularnonaukowej i encyklopedycznej (w szczególności w artykułach tej encyklopedii poświęconych relatywistycznym akceleratorom cząstek) archaiczna terminologia, która powstała na początku, jest nadal powszechna. XX wiek w procesie tworzenia teorii względności. Jego punktem wyjścia jest użycie f-ly w obszarze niemałych wartości, gdzie obowiązuje f-la (8). W rezultacie pojawiły się stwierdzenia, że ​​M. ciała rośnie wraz ze wzrostem jego prędkości (energii), posiada M. i istnieje całkowita równoważność między M. a energią:

W przeciwieństwie do tego, co napisał w artykule i książce A. Einstein, często to f-lu, a nie f-lu (1) nazywa się f-lo Einsteina. Tak więc z reguły oznacza się pewne M t i nazywany M., rzadziej - ruchem relatywistycznym M. lub M. Jednocześnie zwykły M., który został omówiony w tym artykule, nazywa się M. spoczynku lub własnym M. i oznaczany t 0 . Jeden z głównych f-l teorii względności deklaruje f-la

Wszystko to prowadzi do terminologii. zamęt, tworzy zniekształcone wyobrażenia o podstawach teorii względności, stwarza wrażenie, że wartość pełni rolę bezwładności i grawitacji. M. Nie jest to jednak prawdą. Na przykład, jeśli siła przyspieszająca jest równoległa do prędkości ciała, to „miarą bezwładności” jest tzw. "masa podłużna", dr. przykładem jest relatywistyczne uogólnienie f-ly (B) na ruch cząstki światła (elektronu lub fotonu) w grawitacji. pole masy ciała ciężkiego M(np. Ziemia lub Słońce). Można wykazać (na podstawie ogólnej teorii względności), że w tym przypadku siła działająca na cząstkę światła jest równa

gdzie W tym f-la przechodzi do (6). Okazuje się, że przy , wielkość pełniąca rolę „siły grawitacyjnej” zależy nie tylko od energii cząstki, ale także od wzajemnego kierunku . Jeśli , to „grawitacja. M.” jest równe , a jeśli , to jest równe

[dla fotonu _ T. o. nie ma sensu mówić o „grawitacji. M.” foton, jeśli dla fotonu padającego pionowo na ciało masywne (np. Ziemię, Słońce) wartość ta jest 2 razy mniejsza niż dla fotonu lecącego poziomo po powierzchni ciała. To jest powód, dla którego kąt odchylenia fotonu w grawitacji. pole słoneczne okazuje się 2 razy większe niż wynika to z interpretacji wartości jako M.

Generalnie terminologia posługująca się pojęciami „M. spoczynku”, „M. ruchu”, f-ly (11), (12) itp. utrudnia zrozumienie istoty teorii względności, utrudnia zapoznanie się ze współczesnością. naukowy literatura.

Oświetlony.: 1) Einstein A., Ist die Tragheit eines Korpers von seinem Energieinhalt abhangig?, "Ann. Phys.", 1905, Bd 18, S. 639-41; 2) Einstein A., Istota teorii względności, przeł. z angielskiego, M., 1955, s. 7-44; 3) Landau L.D., Lifshits E.M., Field Theory, wyd. 7, M., 1988; 4) Taylor E., Wheeler D., Fizyka przestrzeni – czasu, przeł. z angielskiego, wyd. 2, M., 1971. LB Okun.

Encyklopedia fizyczna. W 5 tomach. - M .: Sowiecka encyklopedia. Redaktor naczelny AM Prochorow. 1988 .

• Słownik obcych słów języka rosyjskiego

Zobacz dużo, tłum... Słownik rosyjskich synonimów i wyrażeń o podobnym znaczeniu. pod. wyd. N. Abramova, M .: Słowniki rosyjskie, 1999. utwór masowy, wiele, tłum, tłum, wiele ... Słownik synonimów

WAGA- (1) jedna z głównych cech fizycznych materii, będąca miarą jej właściwości inercyjnych (patrz) i grawitacyjnych (patrz). W klasycznym (patrz) masa jest równa stosunkowi siły F działającej na ciało do uzyskanego przez nią przyspieszenia a: m \u003d F / a (patrz). ... ... Wielka encyklopedia politechniczna

WAGA, masy, kobiety. (łac. masa). 1. Dużo, duża liczba. Masa ludzi. Zmęczony natłokiem wrażeń. Wiele kłopotów. 2. częściej pl. Szerokie kręgi robotników, ludność. Masy pracujące. Trzymaj się z dala od mas. Żywotne interesy chłopa ... ... Słownik wyjaśniający Uszakowa

- - 1) w sensie naukowo-przyrodniczym ilość materii zawartej w ciele; opór ciała na zmianę jego ruchu (bezwładność) nazywamy masą bezwładną; fizyczną jednostką masy jest masa obojętna 1 cm3 wody, czyli 1 g (gram ... ... Encyklopedia filozoficzna

- (z łac. massa bryła, bryła, kawałek), podstawowa wielkość fizyczna, która określa bezwładne i grawitacyjne właściwości wszystkich ciał, od ciał makroskopowych po atomy i cząstki elementarne. Jako miarę bezwładności masę wprowadził I. Newton z ... ... Współczesna encyklopedia

Jedna z głównych cech fizycznych materii, która określa jej właściwości bezwładnościowe i grawitacyjne. W mechanice klasycznej masa jest równa stosunkowi siły działającej na ciało do przyspieszenia, jakie ono powoduje (drugie prawo Newtona) w tym przypadku masa ... ... Wielki słownik encyklopedyczny

MASS, lepiej masa żeńska, łac. substancja, ciało, materia; | grubość, całość materii w znanym ciele, jego materialność. Objętość atmosfery jest ogromna, a masa jest znikoma. Taka masa zmiażdży wszystko. Masa towarów, kupa, przepaść. | Kupiec cały majątek... Słownik wyjaśniający Dahla

- (symbol M), miara ilości substancji w obiekcie. Naukowcy rozróżniają dwa rodzaje mas: masa grawitacyjna jest miarą wzajemnego przyciągania się ciał (przyciągania ziemi), wyrażoną przez Newtona w prawie powszechnego ciążenia (patrz GRAWITACJA); obojętny... Naukowy i techniczny słownik encyklopedyczny

Pojęciem, które znamy od wczesnego dzieciństwa jest msza. A jednak w trakcie fizyki z jej badaniem wiążą się pewne trudności. Dlatego konieczne jest jednoznaczne określenie, w jaki sposób można go rozpoznać? I dlaczego nie jest równa wadze?

Wyznaczanie masy

Naturalne naukowe znaczenie tej wielkości polega na tym, że określa ona ilość materii zawartej w ciele. Do jego oznaczenia zwyczajowo używa się łacińskiej litery m. Jednostką miary w systemie standardowym jest kilogram. W zadaniach i życiu codziennym często stosuje się również pozasystemowe: gramy i tony.

Na szkolnym kursie fizyki odpowiedź na pytanie: „Co to jest masa?” podane w badaniu zjawiska bezwładności. Następnie definiuje się ją jako zdolność ciała do przeciwstawienia się zmianie prędkości jego ruchu. Dlatego masa jest również nazywana obojętną.

Co to jest waga?

Po pierwsze, jest to siła, czyli wektor. Z drugiej strony masa jest ciężarem skalarnym zawsze przymocowanym do wspornika lub zawieszenia i skierowanym w tym samym kierunku co grawitacja, czyli pionowo w dół.

Wzór na obliczenie ciężaru zależy od tego, czy ta podpora (zawieszenie) się porusza. Gdy układ jest w spoczynku, stosuje się następujące wyrażenie:

P. \u003d m * g, gdzie P (w źródłach angielskich używa się litery W) to ciężar ciała, g to przyspieszenie swobodnego spadania. W przypadku ziemi g jest zwykle przyjmowane jako równe 9,8 m / s 2.

Można z niego wyprowadzić wzór na masę: m = P / g.

Podczas ruchu w dół, czyli w kierunku ciężaru, jego wartość maleje. Formuła przyjmuje więc postać:

P. \u003d m (g - a). Tutaj „a” oznacza przyspieszenie układu.

Oznacza to, że gdy te dwa przyspieszenia są równe, stan nieważkości obserwuje się, gdy masa ciała wynosi zero.

Kiedy ciało zaczyna się poruszać w górę, mówią o wzroście wagi. W tej sytuacji występuje stan przeciążenia. Ponieważ masa ciała wzrasta, a jego formuła będzie wyglądać tak:

P. \u003d m (g + a).

Jaki związek ma masa z gęstością?

Decyzja. 800 kg/m3. Aby skorzystać ze znanej już formuły, musisz znać objętość plamy. Łatwo obliczyć, jeśli weźmiemy miejsce na cylinder. Wówczas wzór na objętość będzie miał postać:

V = π * r 2 * godz.

Ponadto r to promień, a h to wysokość walca. Wtedy objętość będzie równa 668794,88 m 3. Teraz możesz obliczyć masę. Okaże się tak: 535034904 kg.

Odpowiedź: masa ropy jest w przybliżeniu równa 535036 ton.

Zadanie numer 5. Warunek: Długość najdłuższego kabla telefonicznego wynosi 15151 km. Jaka jest masa miedzi użytej do jego wytworzenia, jeśli przekrój drutów wynosi 7,3 cm2?

Decyzja. Gęstość miedzi wynosi 8900 kg/m 3 . Objętość oblicza się ze wzoru zawierającego iloczyn pola podstawy i wysokości (tutaj długości kabla) walca. Ale najpierw musisz przeliczyć ten obszar na metry kwadratowe. To znaczy podziel tę liczbę przez 10000. Po obliczeniach okazuje się, że objętość całego kabla jest w przybliżeniu równa 11000 m 3.

Teraz musimy pomnożyć wartości gęstości i objętości, aby dowiedzieć się, jaka jest masa. Wynikiem jest liczba 97900000 kg.

Odpowiedź: masa miedzi wynosi 97900 ton.

Kolejna kwestia związana z masą

Zadanie numer 6. Warunek: Największa świeca o masie 89867 kg miała średnicę 2,59 m. Jaka była jej wysokość?

Decyzja. Gęstość wosku - 700 kg / m 3. Wysokość trzeba będzie znaleźć z To znaczy, że V należy podzielić przez iloczyn π i kwadratu promienia.

A sama objętość jest obliczana na podstawie masy i gęstości. Okazuje się, że jest równy 128,38 m 3. Wysokość wynosiła 24,38 m.

Odpowiedź: wysokość świecy wynosi 24,38 m.

Masa (wartość fizyczna) Waga, wielkość fizyczna, jedna z głównych cech materii, która określa jej właściwości inercyjne i grawitacyjne. W związku z tym M. jest obojętny, a M. grawitacyjny (ciężki, grawitacyjny).

Pojęcie M. zostało wprowadzone do mechaniki I. Niuton. W mechanice klasycznej Newtona M. jest zawarte w definicji pędu ( pęd) ciało: pęd p jest proporcjonalny do prędkości ciała v,

p = mv

Współczynnik proporcjonalności - stała wartość m dla danego ciała - to M. ciała. Równoważną definicję M. uzyskuje się z równania ruchu mechaniki klasycznej

f = ma.

Tutaj M. jest współczynnikiem proporcjonalności między siłą działającą na ciało f a przyspieszeniem ciała przez nie wywołanym a. Masę określoną zależnościami (1) i (2) nazywamy masą bezwładnościową lub masą bezwładnościową; charakteryzuje właściwości dynamiczne ciała, jest miarą bezwładności ciała: przy stałej sile, im większa M. ciała, tym mniejsze uzyskuje ono przyspieszenie, to znaczy wolniej zmienia się stan jego ruchu (im większa jego bezwładność).

Działając na różne ciała z tą samą siłą i mierząc ich przyspieszenia, można wyznaczyć stosunki M. tych ciał: m 1 :m 2 :m 3 ... = za 1 : a 2 : a 3 ...; jeśli jedno z M. zostanie przyjęte jako jednostka miary, można znaleźć M. pozostałych ciał.

W teorii grawitacji Newtona magnetyzm występuje w innej postaci - jako źródło pola grawitacyjnego. Każde ciało wytwarza pole grawitacyjne proporcjonalne do M ciała (i oddziałuje na nie pole grawitacyjne wytwarzane przez inne ciała, którego siła jest również proporcjonalna do M ciał). Pole to powoduje przyciąganie dowolnego innego ciała do tego ciała z siłą określoną przez Prawo grawitacji Newtona:

gdzie r to odległość między ciałami, G to uniwersalność stała grawitacyjna, jestem 1 oraz m 2 ‒ M. przyciąganie ciał. Ze wzoru (3) łatwo otrzymać wzór na wagaР ciała o masie m w polu grawitacyjnym Ziemi:

P. \u003d m g.

Tutaj g = G M / r 2 to przyspieszenie swobodnego spadku w polu grawitacyjnym Ziemi, a r » R to promień Ziemi. Masę wyznaczoną zależnościami (3) i (4) nazywamy masą grawitacyjną ciała.

W zasadzie nie wynika to znikąd, że magnetyzm, który tworzy pole grawitacyjne, determinuje również bezwładność tego samego ciała. Jednak doświadczenie pokazało, że magnetyzm bezwładnościowy i magnetyzm grawitacyjny są do siebie proporcjonalne (i przy zwykłym wyborze jednostek miary są liczbowo równe). To fundamentalne prawo natury nazywa się zasadą równoważności. Jego odkrycie wiąże się z nazwiskiem G. Galilea, który ustalił, że wszystkie ciała na Ziemi spadają z takim samym przyspieszeniem. ORAZ. Einsteina postawił tę zasadę (którą sformułował po raz pierwszy) u podstaw ogólnej teorii względności (por. powaga). Zasada równoważności została ustalona eksperymentalnie z bardzo dużą dokładnością. Po raz pierwszy (1890‒1906) dokładne sprawdzenie równości magnetyzmu obojętnego i grawitacyjnego przeprowadził L. Eötvös, który stwierdził, że M. pasuje z błędem ~ 10-8. W latach 1959-64 amerykańscy fizycy R. Dicke, R. Krotkov i P. Roll zredukowali błąd do 10-11, aw 1971 radzieccy fizycy VB Braginsky i VI Panov zredukowali błąd do 10-12.

Zasada równoważności umożliwia najbardziej naturalne określenie M ciała ważenie.

Początkowo masa była uważana (na przykład przez Newtona) za miarę ilości materii. Taka definicja ma jednoznaczny sens tylko przy porównywaniu jednorodnych ciał zbudowanych z tego samego materiału. Podkreśla addytywność M. ‒ M. ciała jest równe sumie M. jego części. Masa ciała jednorodnego jest proporcjonalna do jego objętości, więc możemy wprowadzić to pojęcie gęstość‒ M. jednostki objętości ciała.

W fizyce klasycznej uważano, że M. ciała nie zmienia się w żadnych procesach. Odpowiadało to prawu zachowania materii (substancji), odkrytemu przez M. V. Łomonosow i A. L. Lavoisiera. W szczególności prawo to stanowiło, że w każdej reakcji chemicznej suma M. składników początkowych jest równa sumie M. składników końcowych.

Pojęcie M. nabrało głębszego znaczenia w mechanice specjalnej. Teoria względności A. Einsteina (zob. Teoria względności), która uwzględnia ruch ciał (lub cząstek) z bardzo dużymi prędkościami - porównywalnymi z prędkością światła o » 3×1010 cm/sek. W nowej mechanice – zwanej mechaniką relatywistyczną – zależność między pędem a prędkością cząstki wyraża się zależnością:

Przy niskich prędkościach (w<< с ) это соотношение переходит в Ньютоново соотношение р = mv . Поэтому величину m 0 называют массой покоя, а М. движущейся частицы m определяют как зависящий от скорости коэфф. пропорциональности между р и v :

Mając na uwadze ten wzór, w szczególności mówią, że pęd cząstki (ciała) rośnie wraz ze wzrostem jej prędkości. Taki relatywistyczny wzrost pędu cząstki wraz ze wzrostem jej prędkości musi być brany pod uwagę przy projektowaniu akceleratory cząstek wysokie energie. M. reszta m 0 (M. w układzie odniesienia związanym z cząstką) jest najważniejszą cechą wewnętrzną cząstki. Wszystkie cząstki elementarne mają ściśle określone wartości m 0 właściwe dla tego rodzaju cząstek.

Należy zauważyć, że w mechanice relatywistycznej definicja M. z równania ruchu (2) nie jest równoznaczna z definicją M. jako współczynnika proporcjonalności między pędem a prędkością cząstki, gdyż przyspieszenie przestaje być równoległe do siła, która to spowodowała, a M. okazuje się zależeć od kierunku prędkości cząstki.

Zgodnie z teorią względności pęd cząstki m jest powiązany z jej energią E zależnością:

M. reszta określa energię wewnętrzną cząstki - tzw. energia spoczynkowa E 0 \u003d m 0 c 2 . Zatem energia jest zawsze związana z M. (i odwrotnie). Dlatego nie ma osobnego (jak w fizyce klasycznej) prawa zachowania M. i prawa zachowania energii - są one połączone w jedno prawo zachowania całkowitej (czyli obejmującej energię spoczynkową cząstek) energii. Przybliżony podział na prawo zachowania energii i prawo zachowania magnetyzmu jest możliwy tylko w fizyce klasycznej, gdy prędkości cząstek są małe (v<< с ) и не происходят процессы превращения частиц.

W mechanice relatywistycznej magnetyzm nie jest cechą addytywną ciała. Kiedy dwie cząstki łączą się, tworząc jeden złożony stan stabilny, nadmiar energii (równy energia wiązania) DE , co odpowiada M. Dm = DE / s 2 . Dlatego M. cząstki złożonej jest mniejsza niż suma M. tworzących ją cząstek o wartość DE / s 2 (tak zwane defekt masy). Efekt ten jest szczególnie wyraźny w reakcje jądrowe. Na przykład M. deuteronu (d) jest mniejsza niż suma M. protonu (p) i neutronu (n); wada M. Dm jest powiązany z energią E g kwantu gamma (g) wytwarzanego podczas tworzenia deuteronu: p + n ® d + g, E g \u003d Dm c 2 . Wada M., która pojawia się podczas formowania się cząstki złożonej, odzwierciedla organiczne połączenie M. i energii.

Jednostką M. w układzie jednostek CGS jest gram, i w Międzynarodowy układ jednostek układ SI- kilogram. Masa atomów i cząsteczek jest zwykle mierzona w atomowe jednostki masy. Zwyczajowo wyraża się masę cząstek elementarnych albo w jednostkach masy elektronu m e , albo w jednostkach energii, wskazując energię spoczynkową odpowiedniej cząstki. Tak więc M elektronu wynosi 0,511 MeV, M protonu 1836,1 meV, czyli 938,2 MeV itd.

Natura matematyki jest jednym z najważniejszych nierozwiązanych problemów współczesnej fizyki. Ogólnie przyjmuje się, że magnetyzm cząstki elementarnej jest określony przez związane z nią pola (elektromagnetyczne, jądrowe i inne). Jednak teoria ilościowa M. nie została jeszcze stworzona. Nie ma też teorii wyjaśniającej, dlaczego M. cząstek elementarnych tworzy dyskretne widmo wartości, a tym bardziej pozwalającej na wyznaczenie tego widma.

W astrofizyce magnetyzm ciała tworzącego pole grawitacyjne określa tzw promień grawitacji ciała R gr = 2GM/c 2 . Dzięki przyciąganiu grawitacyjnemu żadne promieniowanie, w tym światło, nie może wydostać się na zewnątrz, poza powierzchnię ciała o promieniu R £ R gr . Gwiazdy tej wielkości byłyby niewidoczne; tak ich nazywano czarne dziury". Takie ciała niebieskie muszą odgrywać ważną rolę we wszechświecie.

Lit.: Jammer M., Pojęcie masy w fizyce klasycznej i współczesnej, przetłumaczone z angielskiego, M., 1967; Khaikin SE, Fizyczne podstawy mechaniki, M., 1963; Podstawowy podręcznik fizyki, pod redakcją G. S. Landsberga, wyd. 7, t. 1, M., 1971.

Tak A. Smorodinsky.

Wielka radziecka encyklopedia. - M .: Sowiecka encyklopedia. 1969-1978 .

Zobacz, czym jest „Masa (wielkość fizyczna)” w innych słownikach:

- (łac. massa, dosł. bryła, bryła, kawałek), fizyczny. wartość, jeden z har do materii, która określa jej siły bezwładności i grawitacji. św. Pojęcie „M”. został wprowadzony do mechaniki przez I. Newtona w definicji pędu (liczby ruchu) pędu ciała p proporcjonalny. ... ... Encyklopedia fizyczna

- (łac. masa). 1) ilość substancji w przedmiocie, bez względu na postać; ciało, materia. 2) w hostelu: znaczna ilość czegoś. Słownik słów obcych zawartych w języku rosyjskim. Chudinov A.N., 1910. MASA 1) w fizyce, ilość ... ... Słownik obcych słów języka rosyjskiego

- - 1) w sensie naukowo-przyrodniczym ilość materii zawartej w ciele; opór ciała na zmianę jego ruchu (bezwładność) nazywamy masą bezwładną; fizyczną jednostką masy jest masa obojętna 1 cm3 wody, czyli 1 g (gram ... ... Encyklopedia filozoficzna

WAGA- (w zwykłym ujęciu) ilość substancji zawartej w danym ciele; dokładna definicja wynika z podstawowych praw mechaniki. Zgodnie z drugim prawem Newtona „zmiana ruchu jest proporcjonalna do działającej siły i ma ... ... Wielka encyklopedia medyczna

fizyka wartość charakteryzująca dynamikę. sv va tepa. I. m. jest zawarte w drugim prawie Newtona (a zatem jest miarą bezwładności ciała). Równy grawitacji. masa (patrz MASA). Fizyczny słownik encyklopedyczny. Moskwa: radziecka encyklopedia. Redaktor Naczelny A... Encyklopedia fizyczna

- (masa ciężka), fizyczne. wartość charakteryzująca moc ciała jako źródła grawitacji; równa masie bezwładności. (patrz Msza). Fizyczny słownik encyklopedyczny. Moskwa: radziecka encyklopedia. Redaktor naczelny AM Prochorow. 1983... Encyklopedia fizyczna

fizyka wartość równa stosunkowi masy do liczby w VA. Jednostka M. m. (w SI) kg / mol. M \u003d m / n, gdzie M M. m. w kg / mol, m to masa w va w kg, n to liczba w va w molach. Wartość liczbowa M. m., vyraz. w kg / mol, równie odnosi się. masa cząsteczkowa podzielona przez... Duży encyklopedyczny słownik politechniczny - rozmiar, charakter ka fizyczny. przedmioty lub zjawiska świata materialnego, wspólne dla wielu przedmiotów lub zjawisk jako jakości. relacji, ale indywidualne w ilościach. związek dla każdego z nich. Na przykład masa, długość, powierzchnia, objętość, energia elektryczna. obecny F... Duży encyklopedyczny słownik politechniczny