Масата и теглото са лесни за объркване. Разликата е повече от нещо, което тормози учениците да правят домашни - тя е в челните редици на науката. Можете да помогнете на децата да разберат това, като прегледате мерните единици и като обсъдите гравитацията, откъде идва масата и как действат масата и теглото в различни ситуации.
Маса спрямо тегло
Важна разлика между масата и теглото е, че теглото е сила, докато масата не е. Едно просто определение на теглото за деца е: теглото се отнася до силата, която гравитацията се прилага към даден обект. Едно просто определение на масата за деца е: масата отразява количеството вещество (т.е. електрони, протони и неутрони), което обектът съдържа. Можем да поставим везна на Луната и да претеглим обект там. Теглото ще бъде различно, тъй като силата на гравитацията е различна. Но масата ще бъде същата.
Някои масови примери за деца могат да включват различни количества глина; с отстраняване на парчета глина масата на предмета намалява. Масата може да се добави към друга топка глина, увеличавайки нейната маса.
В САЩ битовите и търговските везни измерват теглото в лири, мярка за сила, докато в почти във всяка друга страна по света, везните се измерват в метрични единици, като грамове или килограми (1000 грама). Въпреки че може да кажете, че нещо „тежи“ 10 килограма, всъщност говорите за неговата маса, а не за теглото. В науката теглото се измерва в нютони, единица сила, но това не се използва в ежедневието.
Тегло: сила поради гравитацията
Теглото е силата, с която гравитацията действа върху обект. За да конвертирате между маса и тегло, използвате стойността за гравитационното ускорение g = 9,81 метра в секунда на квадрат. За да изчислите теглото, W, в нютони, умножавате масата, m, в килограми по g: W = mg. За да получите масата от теглото, разделяте теглото на g: m = W / g. Метричната скала използва това уравнение, за да ви даде маса, въпреки че вътрешната работа на скалата реагира на сила.
При децата е полезно да се говори за тегло на друга планета, Луната или астероид. Стойността на g е различна, но принципът е един и същ. Формулите обаче се прилагат само близо до повърхността, където гравитационното ускорение не се променя много с местоположението. Далеч от повърхността, трябва да използвате формулата на Нютон за гравитационната сила между два отдалечени обекта. Ние обаче не наричаме тази сила тегло.
Законите на Нютон за движение
Първият закон за движение на Нютон гласи, че обектите в покой са склонни да остават в покой, докато обектите в движение са склонни да остават в движение. Вторият закон на Нютон казва, че ускорението a на даден обект е равно на нетната сила върху него F, разделена на масата му: a = F / m. Ускорението е промяна в движението, така че, за да промените състоянието на движение на обекта, прилагате сила. Инерцията или масата на даден обект се противопоставя на промяната.
Тъй като ускорението е свойство на движението, а не на материята, можете да го измерите, без да се притеснявате за сила или маса. Да предположим, че прилагате известна механична сила върху обект, измервате ускорението му и от това изчислявате масата му. Това е инерционната маса на обекта. След това подреждате ситуация, при която единствената сила върху обекта е гравитацията, и отново измервате ускорението му и изчислявате масата му. Това се нарича гравитационна маса на обекта.
Физиците отдавна се чудят дали гравитационната и инерционната маса са наистина еднакви. Идеята, че те са идентични, се нарича принцип на еквивалентност и има важни последици за законите на физиката. В продължение на стотици години физиците провеждат чувствителни експерименти, за да проверят принципа на еквивалентност. Към 2008 г. най-добрите експерименти го потвърждават до една част от 10 трилиона.