Η μάζα και το βάρος είναι εύκολο να συγχέονται. Η διαφορά είναι κάτι περισσότερο από κάτι που ενοχλεί τους μαθητές να κάνουν την εργασία τους - είναι στην πρώτη γραμμή της επιστήμης. Μπορείτε να βοηθήσετε τα παιδιά να το καταλάβουν αυτό πηγαίνοντας σε μονάδες και συζητώντας τη βαρύτητα, από πού προέρχεται η μάζα και πώς η μάζα και το βάρος ενεργούν σε διαφορετικές καταστάσεις.
Μάζα έναντι βάρους
Μια σημαντική διαφορά μεταξύ μάζας και βάρους είναι ότι το βάρος είναι μια δύναμη ενώ η μάζα δεν είναι. Ένας απλός ορισμός βάρους για τα παιδιά είναι: το βάρος αναφέρεται στη δύναμη βαρύτητας που εφαρμόζεται σε ένα αντικείμενο. Ένας απλός ορισμός μάζας για τα παιδιά είναι: η μάζα αντανακλά την ποσότητα της ύλης (δηλαδή, ηλεκτρόνια, πρωτόνια και 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.
Μερικά μαζικά παραδείγματα για παιδιά θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν διαφορετικές ποσότητες πηλού. καθώς αφαιρούνται κομμάτια από πηλό, μειώνεται η μάζα του αντικειμένου. Η μάζα μπορεί να προστεθεί σε μια άλλη μπάλα από πηλό, αυξάνοντας τη μάζα της.
Στις Ηνωμένες Πολιτείες, οι οικιακές και εμπορικές κλίμακες μετρούν το βάρος σε λίρες, ένα μέτρο δύναμης, ενώ σε σχεδόν κάθε άλλη χώρα στον κόσμο, οι κλίμακες μετρούνται σε μετρικές μονάδες, όπως γραμμάρια ή κιλά (1.000 γραμμάρια). Ακόμα κι αν λέτε ότι κάτι «ζυγίζει» 10 κιλά, μιλάτε πραγματικά για τη μάζα του, όχι για το βάρος. Στην επιστήμη, το βάρος μετριέται 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 δρα σε ένα αντικείμενο. Για μετατροπή μεταξύ μάζας και βάρους, χρησιμοποιείτε την τιμή για την επιτάχυνση της βαρύτητας 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 τη μάζα από το βάρος, διαιρείτε το βάρος με g: m = W / g. Μια μετρική κλίμακα χρησιμοποιεί αυτήν 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, το φεγγάρι ή έναν αστεροειδή. Η τιμή του g είναι διαφορετική, αλλά η αρχή είναι η ίδια. Ωστόσο, οι τύποι εφαρμόζονται μόνο κοντά στην επιφάνεια, όπου η επιτάχυνση της βαρύτητας δεν αλλάζει πολύ με τη θέση. Μακριά από την επιφάνεια, πρέπει να χρησιμοποιήσετε τον τύπο του Νεύτωνα για τη βαρυτική δύναμη μεταξύ δύο μακρινών αντικειμένων. Ωστόσο, δεν αναφερόμαστε σε αυτήν τη δύναμη ως βάρος.
Οι νόμοι της κίνησης του Νεύτωνα
Ο πρώτος νόμος κίνησης του Νεύτωνα αναφέρει 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 είναι ίση με την καθαρή δύναμη πάνω του, F, διαιρούμενη με τη μάζα του: a = F / m. Η επιτάχυνση είναι μια αλλαγή κίνησης, οπότε για να αλλάξετε την κατάσταση κίνησης ενός αντικειμένου, ασκείτε δύναμη. Η αδράνεια ή η μάζα ενός αντικειμένου αντιστέκεται στην αλλαγή.
Επειδή η επιτάχυνση είναι ιδιοκτησία της κίνησης, δεν έχει σημασία, μπορείτε να τη μετρήσετε χωρίς να ανησυχείτε για δύναμη ή μάζα. Ας υποθέσουμε ότι εφαρμόζετε μια γνωστή μηχανική δύναμη σε ένα αντικείμενο, μετράτε την επιτάχυνσή του και από αυτό υπολογίζετε τη μάζα του. Αυτή είναι η αδρανειακή μάζα του αντικειμένου. Στη συνέχεια, τακτοποιείτε μια κατάσταση στην οποία η μόνη δύναμη στο αντικείμενο είναι η βαρύτητα και μετρήστε ξανά την επιτάχυνσή του και υπολογίστε τη μάζα του. Αυτό ονομάζεται βαρυτική μάζα του αντικειμένου.
Οι φυσικοί αναρωτιούνται από καιρό αν η βαρυτική και αδρανειακή μάζα είναι πραγματικά ίδια. Η ιδέα ότι είναι πανομοιότυπα ονομάζεται αρχή ισοδυναμίας και έχει σημαντικές συνέπειες για τους νόμους της φυσικής. Για εκατοντάδες χρόνια, οι φυσικοί έχουν πραγματοποιήσει ευαίσθητα πειράματα για να ελέγξουν την αρχή της ισοδυναμίας. Από το 2008, τα καλύτερα πειράματα το επιβεβαίωσαν σε ένα μέρος στα 10 τρισεκατομμύρια.
