Περιεχόμενο
- Mass vs. Βάρος
- Μονάδες για μάζα και βάρος
- Βάρος: Δύναμη λόγω βαρύτητας
- Νιούτονι Νόμοι της κίνησης
- Βαρυτική έναντι αδρανειακής μάζας
Η μάζα και το βάρος είναι εύκολο να μπερδευτούν. Η διαφορά είναι κάτι περισσότερο από κάτι που πλήττει τους μαθητές που κάνουν την εργασία - είναι στην πρώτη γραμμή της επιστήμης. Μπορείτε να βοηθήσετε τα παιδιά να το κατανοήσουν πηγαίνοντας πάνω σε μονάδες και συζητώντας τη βαρύτητα, από την οποία προέρχεται η μάζα και πώς η μάζα και το βάρος ενεργούν σε διαφορετικές καταστάσεις.
Mass vs. Βάρος
Μια σημαντική διαφορά μεταξύ μάζας και βάρους είναι ότι το βάρος είναι μια δύναμη ενώ η μάζα δεν είναι. Το βάρος αναφέρεται ειδικά στη βαρύτητα της δύναμης που ισχύει για ένα αντικείμενο. Η μάζα αντικατοπτρίζει την ποσότητα της ύλης (δηλαδή τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια και τα νετρόνια) που περιέχει ένα αντικείμενο. Μπορούμε να τοποθετήσουμε μια κλίμακα στο φεγγάρι και να ζυγίσουμε ένα αντικείμενο εκεί. Το βάρος θα είναι διαφορετικό επειδή η δύναμη της βαρύτητας είναι διαφορετική. Αλλά η μάζα θα είναι η ίδια.
Μονάδες για μάζα και βάρος
Στις Ηνωμένες Πολιτείες, οι οικιακές και οι εμπορικές κλίμακες μετρούν το βάρος σε λίβρες, ένα μέτρο δύναμης, ενώ σχεδόν σε κάθε άλλη χώρα του κόσμου, οι κλίμακες μετριούνται σε μετρικές μονάδες, όπως γραμμάρια ή κιλά (1.000 γραμμάρια). Παρόλο που θα μπορούσατε να πείτε ότι κάτι "ζυγίζει" 10 κιλά, μιλάτε πραγματικά για τη μάζα του, όχι για το βάρος. Στην επιστήμη, το βάρος μετράται σε Newtons, τη μονάδα δύναμης, αλλά αυτό δεν χρησιμοποιείται στην καθημερινή ζωή.
Βάρος: Δύναμη λόγω βαρύτητας
Το βάρος είναι η δύναμη με την οποία η βαρύτητα επενεργεί σε ένα αντικείμενο. Για να μετατρέψετε μεταξύ μάζας και βάρους, χρησιμοποιείτε την τιμή για βαρυτική επιτάχυνση g = 9,81 μέτρα ανά δευτερόλεπτο τετράγωνο. Για να υπολογίσετε το βάρος, W, σε Newtons, πολλαπλασιάζετε τη μάζα, m, σε χιλιόγραμμα φορές g: W = mg. Για να πάρετε μάζα από το βάρος, διαιρείτε το βάρος κατά g: m = W / g. Μια μετρική κλίμακα χρησιμοποιεί αυτή την εξίσωση για να σας δώσει μια μάζα, αν και οι εσωτερικές λειτουργίες της κλίμακας ανταποκρίνονται στη δύναμη.
Με τα παιδιά, είναι χρήσιμο να μιλάμε για βάρος σε έναν άλλο πλανήτη, σε φεγγάρι ή σε αστεροειδή. Η τιμή του g είναι διαφορετική, αλλά η αρχή είναι η ίδια. Ωστόσο, οι τύποι εφαρμόζονται μόνο κοντά στην επιφάνεια, όπου η βαρυτική επιτάχυνση δεν αλλάζει πολύ με την τοποθεσία. Μακριά από την επιφάνεια, πρέπει να χρησιμοποιήσετε τον τύπο του Νεύτωνα για τη βαρυτική δύναμη μεταξύ δύο μακρινών αντικειμένων. Ωστόσο, δεν αναφέρουμε αυτή τη δύναμη ως βάρος.
Νιούτονι Νόμοι της κίνησης
Ο πρώτος νόμος κίνησης του Νεύτωνα δηλώνει ότι τα αντικείμενα σε κατάσταση ηρεμίας τείνουν να παραμένουν σε κατάσταση ηρεμίας, ενώ τα αντικείμενα σε κίνηση τείνουν να παραμένουν σε κίνηση. Ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα λέει ότι η επιτάχυνση a ενός αντικειμένου ισούται με την καθαρή δύναμη πάνω του, F, διαιρούμενη με τη μάζα του: a = F / m. Μια επιτάχυνση είναι μια αλλαγή στην κίνηση, έτσι ώστε να αλλάξετε την κατάσταση κίνησης ενός αντικειμένου, εφαρμόζοντας μια δύναμη. Η αδράνεια ή η μάζα ενός αντικειμένου αντιστέκεται στην αλλαγή.
Βαρυτική έναντι αδρανειακής μάζας
Επειδή η επιτάχυνση είναι ιδιοκτησία της κίνησης, όχι της ύλης, μπορείτε να τη μετρήσετε χωρίς να ανησυχείτε για τη δύναμη ή τη μάζα. Ας υποθέσουμε ότι εφαρμόζετε μια γνωστή μηχανική δύναμη σε ένα αντικείμενο, μετράτε την επιτάχυνση του, και από αυτό υπολογίζετε τη μάζα του. Αυτή είναι η αδρανειακή μάζα του αντικειμένου. Στη συνέχεια ρυθμίζετε μια κατάσταση στην οποία η μόνη δύναμη στο αντικείμενο είναι η βαρύτητα και μετράτε και πάλι την επιτάχυνση του και υπολογίστε τη μάζα του. Αυτό ονομάζεται βαρυτική μάζα του αντικειμένου. Οι φυσικοί έχουν αναρωτηθεί πολύ για το αν η βαρυτική και η αδρανειακή μάζα είναι πραγματικά όμοιες. Η ιδέα ότι είναι πανομοιότυπα ονομάζεται αρχή της ισοδυναμίας και έχει σημαντικές συνέπειες για τους νόμους της φυσικής. Για εκατοντάδες χρόνια, οι φυσικοί πραγματοποίησαν ευαίσθητα πειράματα για να ελέγξουν την αρχή της ισοδυναμίας.Από το 2008, τα καλύτερα πειράματα το επιβεβαίωσαν σε ένα μέρος στα 10 τρισεκατομμύρια.