Masse og vægt er let at forvirre. Forskellen er mere end noget, der plager elever, der laver lektier - det er i spidsen for videnskab. Du kan hjælpe børn med at forstå dette ved at gå over enheder og ved at diskutere tyngdekraften, hvor masse kommer fra, og hvordan masse og vægt virker i forskellige situationer.
Masse versus vægt
En vigtig forskel mellem masse og vægt er, at vægt er en kraft, mens masse ikke er. En simpel vægtdefinition for børn er: vægt refererer til den tyngdekraft, der gælder for et objekt. En simpel massedefinition for børn er: masse afspejler mængden af stof (dvs. elektroner, protoner og neutroner), som et objekt indeholder. Vi kan placere en skala på månen og veje en genstand der. Vægten vil være forskellig, fordi tyngdekraften er forskellig. Men massen vil være den samme.
Nogle masseeksempler for børn kan omfatte forskellige mængder ler; når stykker ler fjernes, falder genstandens masse. Massen kan føjes til en anden kugle ler, hvilket øger dens masse.
I USA måler husholdnings- og kommercielle vægte vægten i pund, et mål for kraft, mens de er i næsten alle andre lande i verden måles skalaer i metriske enheder, såsom gram eller kg (1.000 gram). Selvom du måske siger, at noget “vejer” 10 kg, taler du faktisk om dets masse, ikke om vægten. I videnskaben måles vægten i Newton, kraftenheden, men dette bruges ikke i hverdagen.
Vægt: Kraft på grund af tyngdekraften
Vægt er den kraft, hvormed tyngdekraften virker på en genstand. For at konvertere mellem masse og vægt bruger du værdien til tyngdeacceleration g = 9,81 meter pr. Sekund i anden. For at beregne vægten, W, i Newton, ganger du massen, m, i kg gange g: W = mg. For at få masse fra vægten dividerer du vægten med g: m = W / g. En metrisk skala bruger denne ligning til at give dig en masse, selvom skalaens indre funktion reagerer på kraft.
Med børn er det nyttigt at tale om vægt på en anden planet, månen eller en asteroide. Værdien af g er forskellig, men princippet er det samme. Formlerne gælder dog kun nær overfladen, hvor tyngdeacceleration ikke ændrer sig meget med placeringen. Langt fra overfladen skal du bruge Newtons formel til tyngdekraften mellem to fjerne objekter. Imidlertid henviser vi ikke til denne kraft som vægt.
Newtons bevægelseslove
Newtons første bevægelseslov siger, at genstande i hvile har tendens til at forblive i ro, mens genstande i bevægelse har tendens til at forblive i bevægelse. Newtons anden lov siger, at accelerationen, a, af et objekt er lig med nettokraften på det, F, divideret med dets masse: a = F / m. En acceleration er en ændring i bevægelse, så for at ændre et objekts bevægelsestilstand anvender du en kraft. Trægheden eller massen af et objekt modstår ændringen.
Fordi acceleration er en egenskab af bevægelse, ikke noget, kan du måle den uden at bekymre dig om kraft eller masse. Antag at du anvender en kendt mekanisk kraft på en genstand, måler dens acceleration og beregner dens masse ud fra den. Dette er objektets inertimasse. Derefter arrangerer du en situation, hvor den eneste kraft på objektet er tyngdekraften, og måler igen dens acceleration og beregner dens masse. Dette kaldes genstandens tyngdekraftmasse.
Fysikere har længe spekuleret på, om tyngdekraft og inertimasse virkelig er identiske. Idéen om, at de er identiske, kaldes ækvivalensprincippet og har vigtige konsekvenser for fysikens love. I hundreder af år har fysikere udført følsomme eksperimenter for at teste ækvivalensprincippet. Fra og med 2008 havde de bedste eksperimenter bekræftet det til en del på 10 billioner.