להבנת מונחים פיזיקליים והכרת הגדרות הכמויות יש תפקיד חשוב בחקר חוקים שונים ולפתרון בעיות בפיזיקה. אחד המושגים הבסיסיים הוא מושג מסת הגוף. בואו נסתכל מקרוב על השאלה: מהו משקל הגוף?
היסטוריה
בהתחשב בהשקפה המודרנית של הפיזיקה, אפשר לומר בבטחה שמסת הגוף היא מאפיין שמתבטא במהלך תנועה, במהלך האינטראקציה בין עצמים אמיתיים, כמו גם במהלך טרנספורמציות אטומיות וגרעוניות. עם זאת, הבנה זו של מסה התגבשה ממש לאחרונה, ממש בעשורים הראשונים של המאה ה-20, הודות לתורת היחסות שיצר איינשטיין.
לחזור להיסטוריה, אנו זוכרים שכמה פילוסופים של יוון העתיקה האמינו שתנועה לא קיימת, ולכן לא היה מושג של מסת גוף. למרות זאת, היה מושג של משקל גוף. כדי לעשות זאת, די להיזכר בחוק ארכימדס. משקל קשור למשקל הגוף. עם זאת, הם אינם באותו ערך.
Bבעידן המודרני, הודות ליצירותיהם של דקארט, גלילאו ובעיקר ניוטון, נוצרו מושגים של שתי מסות שונות:
- inertial;
- גרביטציוני.
כפי שהתברר מאוחר יותר, שני סוגי מסת הגוף הם אותו ערך, שמטבעו אופייני לכל החפצים סביבנו.
אינרציאלי
אם כבר מדברים על מסה אינרציאלית, פיזיקאים רבים מתחילים לתת נוסחה לחוק השני של ניוטון, שבו כוח, מסת גוף ותאוצה מחוברים בשוויון אחד. עם זאת, ישנו ביטוי מהותי יותר ממנו ניסח ניוטון עצמו את החוק שלו. זה בערך כמות התנועה.
בפיסיקה, מומנטום מובן כערך השווה למכפלת מסת הגוף m ומהירות תנועתו במרחב v, כלומר:
p=mv
עבור כל גוף, הערכים p ו-v הם משתנים וקטוריים של המאפיין. הערך m הוא קבוע מקדם כלשהו עבור הגוף הנחשב, המחבר בין p ו-v. ככל שמקדם זה גדול יותר, כך יהיה ערכו של p במהירות קבועה וקשה יותר לעצור את התנועה. כלומר, מסת הגוף היא מאפיין של תכונות האינרציה שלו.
באמצעות הביטוי הכתוב עבור p, ניוטון השיג את החוק המפורסם שלו, שמתאר מתמטית את השינוי במומנטום. זה מבוטא בדרך כלל בצורה הבאה:
F=ma
כאן F הוא הכוח הפועל על גוף בעל מסה m ונותן לו תאוצה a. כמו בבביטוי הקודם, המסה m היא גורם המידתיות בין שני מאפייני הווקטור. ככל שהמסה של הגוף גדולה יותר, כך קשה יותר לשנות את מהירותו (פחות מ-a) בעזרת כוח הפועל קבוע F.
Gravity
לאורך ההיסטוריה, האנושות עקבה אחר השמיים, הכוכבים וכוכבי הלכת. כתוצאה מתצפיות רבות במאה ה-17, אייזק ניוטון ניסח את חוק הכבידה האוניברסלית שלו. על פי חוק זה, שני עצמים מסיביים נמשכים זה לזה ביחס לשני קבועים M1 ו-M2 ובפרופורציה הפוך לריבוע של המרחק R ביניהם, כלומר:
F=GM1 M2 / R2
כאן G הוא קבוע הכבידה. הקבועים M1 ו-M2 נקראים מסות הכבידה של עצמים באינטראקציה.
לכן, מסת הכבידה של גוף היא מדד לכוח המשיכה בין עצמים אמיתיים, שאין לו שום קשר למסה האינרציאלית.
משקל ומסת הגוף
אם הביטוי לעיל מיושם על כוח הכבידה על הפלנטה שלנו, אז ניתן לכתוב את הנוסחה הבאה:
F=mg, כאשר g=GM / R2
כאן M ו-R הם המסה של כוכב הלכת שלנו והרדיוס שלו, בהתאמה. הערך של g הוא האצת הנפילה החופשית המוכרת לכל תלמיד בית ספר. האות m מציינת את מסת הכבידה של הגוף. נוסחה זו מאפשרת לך לחשב את כוח המשיכה על ידי כדור הארץ של גוף בעל מסה של m.
לפי החוק השלישי של ניוטון, הכוח F חייב להיותשווה לתגובת התמיכה N עליה הגוף נשען. השוויון הזה מאפשר לנו להציג כמות פיזית חדשה – משקל. משקל הוא הכוח שבו הגוף מותח את המתלה או לוחץ על תומך מסוים.
אנשים רבים שאינם בקיאים בפיזיקה אינם מבחינים בין המושגים של משקל ומסה. יחד עם זאת, מדובר בערכים שונים לחלוטין. הם נמדדים ביחידות שונות (מסה בקילוגרמים, משקל בניוטון). בנוסף, משקל אינו מאפיין של הגוף, אבל המסה כן. עם זאת, אתה יכול לחשב את המסה של גוף m, לדעת את משקלו P. זה נעשה באמצעות הנוסחה הבאה:
m=P / g
מסה היא מאפיין יחיד
צוין לעיל שהמסה של גוף יכולה להיות כבידה ואינרציאלית. בפיתוח תורת היחסות שלו, אלברט איינשטיין יצא מההנחה שסוגי המסה המסומנים מייצגים את אותו מאפיין של החומר.
עד עכשיו, מדידות רבות של שני סוגי מסת הגוף בוצעו במצבים שונים. כל המדידות הללו הובילו למסקנה שהמסות הכבידה והאינרציה חופפות זו לזו עם הדיוק של המכשירים ששימשו לקביעתן.
ההתפתחות המהירה של אנרגיה גרעינית באמצע המאה הקודמת העמיקה את ההבנה של מושג המסה, שהתברר כקשור לאנרגיה דרך קבוע המהירות של האור. האנרגיה והמסה של גוף הן ביטוי של איזו מהות יחידה של חומר.
