Hmotnost a hmotnost se snadno zaměňují. Rozdíl je víc než něco, co trápí studenty při domácích úkolech - je to v popředí vědy. Pomůžete dětem porozumět tomu tím, že přejdete jednotky a budete diskutovat o gravitaci, odkud hmota pochází a jak hmota a váha působí v různých situacích.
Hmotnost versus hmotnost
Důležitým rozdílem mezi hmotností a hmotností je, že váha je síla, zatímco hmotnost není. Jednoduchá definice hmotnosti pro děti je: váha odkazuje na gravitační sílu působící na předmět. Jednoduchá masová definice pro děti je: hmotnost odráží množství hmoty (tj. Elektronů, protonů a neutronů), které objekt obsahuje. Můžeme umístit váhu na Měsíc a zvážit tam předmět. Hmotnost se bude lišit, protože síla gravitace se liší. Ale hmotnost bude stejná.
Některé hromadné příklady pro děti mohou zahrnovat různá množství jílu; s odstraněním kousků jílu se hmotnost předmětu zmenšuje. Hmotu lze přidat do jiné hliněné koule, čímž se její hmotnost zvýší.
Ve Spojených státech měří váhy pro domácnost a komerční váhy hmotnost v librách, což je míra síly, zatímco v USA téměř ve všech ostatních zemích světa se váhy měří v metrických jednotkách, jako jsou gramy nebo kilogramy (1 000) gramů). I když byste mohli říci, že něco „váží“ 10 kilogramů, ve skutečnosti mluvíte o jeho hmotnosti, nikoli o hmotnosti. Ve vědě se váha měří v newtonech, jednotce síly, ale ta se v běžném životě nepoužívá.
Hmotnost: síla kvůli gravitaci
Váha je síla, kterou gravitace působí na předmět. Chcete-li převést mezi hmotností a hmotností, použijete hodnotu pro gravitační zrychlení g = 9,81 metrů za sekundu na druhou. Chcete-li vypočítat hmotnost, W, v Newtonech, vynásobte hmotnost, m, v kilogramech krát g: W = mg. Chcete-li získat hmotnost z hmotnosti, vydělte hmotnost g: m = W / g. Metrická stupnice používá tuto rovnici k získání hmotnosti, ačkoli vnitřní fungování stupnice reaguje na sílu.
S dětmi je užitečné hovořit o hmotnosti na jiné planetě, měsíci nebo asteroidu. Hodnota g je jiná, ale princip je stejný. Vzorce však platí pouze v blízkosti povrchu, kde se gravitační zrychlení s umístěním příliš nemění. Daleko od povrchu musíte použít Newtonův vzorec pro gravitační sílu mezi dvěma vzdálenými objekty. Tuto sílu však neoznačujeme jako váhu.
Newtonovy zákony pohybu
Newtonův první zákon pohybu uvádí, že objekty v klidu mají tendenci zůstat v klidu, zatímco objekty v pohybu mají tendenci zůstat v pohybu. Newtonův druhý zákon říká, že zrychlení objektu se rovná čisté síle na něj, F, dělené jeho hmotou: a = F / m. Zrychlení je změna pohybu, takže ke změně stavu pohybu objektu použijete sílu. Setrvačnost nebo hmota objektu odolává změně.
Protože zrychlení je vlastnost pohybu, ne hmoty, můžete ji měřit bez obav o sílu nebo hmotu. Předpokládejme, že na objekt použijete známou mechanickou sílu, změříte jeho zrychlení a z toho vypočítáte jeho hmotnost. Toto je setrvačná hmotnost objektu. Poté uspořádáte situaci, kdy jedinou silou na objekt je gravitace, a znovu změříte jeho zrychlení a vypočítáte jeho hmotnost. Tomu se říká gravitační hmotnost objektu.
Fyzici již dlouho přemýšleli, zda jsou gravitační a setrvačná hmotnost skutečně identické. Myšlenka, že jsou identické, se nazývá princip ekvivalence a má důležité důsledky pro zákony fyziky. Po stovky let fyzici prováděli citlivé experimenty, aby otestovali princip ekvivalence. Od roku 2008 to nejlepší experimenty potvrdily na jednu část z 10 bilionů.