Masa vs. Peso: cuál es la diferencia y por qué es importante

Las personas que vigilan su peso pueden afirmar que las básculas no mienten, pero lo que sí le dicen a una persona es, al menos, un nombre inapropiado. El peso, en términos físicos, es en realidad unfuerza: La fuerza de la gravedad que actúa sobre una masa. La unidad SI de fuerza es Newtons (N). La masa, por otro lado, es una medida de la cantidad de materia en un objeto. La unidad de masa del SI es el kilogramo (kg).

Entonces, lo que la báscula debería mostrar realmente a una persona que busca su peso es un valor enNewtons. Para los estudiantes de física exigentes que quieran aproximarse a esto ellos mismos; sin embargo, lo siguiente funciona: simplemente multiplique los kilogramos que da la balanza por 10 (o las libras por 4,5).

En pocas palabras, la principal diferencia entre masa y peso es que la masa es unpropiedad fundamentalde un objeto y el peso no lo es. La masa no cambia sin importar dónde se encuentre un objeto hasta que se le agrega o se resta materia. Un elefante de 2.300 kg pesa 2.300 kg en el planeta Tierra, la luna y en el medio del espacio.

El peso, por otro lado, depende de la ubicación, ya que la fuerza gravitacional que actúa sobre la masa es diferente en diferentes ubicaciones. Un elefante de 2300 kg tienepesode aproximadamente 23.000 N en la superficie de la Tierra, pero solo alrededor de una sexta parte de ese peso en la Luna y, si el El elefante fue depositado en el espacio profundo, lejos de la influencia de cualquier campo gravitacional, no tendría peso. en absoluto.

Otra distinción importante entre masa y peso que se deriva de sus definiciones es que la masa es unescalarvalor, ya que no hay una dirección asociada con un valor en kilogramos, mientras que el peso es una fuerzavector.El peso de un objeto siempre se dirige de la misma manera que la gravedad tira de él.

La masa técnicamente es una medida cuantitativa de la inercia de un objeto o su resistencia al movimiento. Cuanto más masivo es un objeto, menos se ve afectado por las fuerzas que actúan sobre él.

Como cualquier fuerza, el peso se puede calcular usando la ecuación de fuerza gravitacional:

Dóndegramoes la aceleración debida a la gravedad cerca de la superficie de la Tierra:g =9,8 m / s². Cualquier objeto que se caiga en cualquier parte del planeta cae hacia el centro de la Tierra a una velocidad cada vez mayor: 9,8 m / s más rápido cada segundo que el segundo anterior.

Esta fórmula explica por qué multiplicar la masa en kg por 10 (o en libras por 4,5, para tener en cuenta la primera conversión a la unidad SI de kg) da una rápida aproximación del peso "real" de una persona.

En otras partes del universo, el valor degramoes diferente, ya que la aceleración debida a la gravedad es el resultado del campo gravitacional local de un cuerpo grande. En el diminuto planeta Mercurio, por ejemplo,gramoes de solo 3,7 m / s². Porque eso es solo alrededor del 38 por ciento degramoen la Tierra, cualquier cosa en Mercurio pesa solo alrededor del 38 por ciento de lo que pesa en la Tierra.

Como definición estricta, el peso de un objeto en el mismo campo gravitacional no cambia. Ya sea que una persona suba o baje en un ascensor, lo mismogramoestá acelerando lo mismometro, entoncesF_grav, o el peso, será el mismo.

En realidad, existen pequeñas diferencias en el valor degramoen diferentes lugares alrededor de un cuerpo grande, como en el Polo Norte frente al Ecuador en la Tierra, o en el interior frente a la superficie del Sol. Pero aproximar un valor constante para cualquier lugar en un campo gravitacional suele ser suficiente para los estudiantes de física.

Dicho esto, los pasajeros observadores del ascensor pueden haber notado que a vecessentirmás pesado o más ligero de lo normal en diferentes puntos del recorrido. Suaparente​ ​pesosestán cambiando porque sus cuerpos tienen inercia o se resisten a los cambios en su movimiento.

Cuando un ascensor comienza a subir, sus cuerpos están quietos y resisten el movimiento ascendente, lo que los hace sentir más pesados ​​por un momento hasta que se adaptan a moverse. Lo contrario es cierto por un momento cuando el ascensor comienza a descender. Sin embargo, en ningún momento la personapeso actualcambio.

¿Qué pasa con la lectura de la escala para las mismas personas que suben y bajan por el ascensor? Aquí nuevamente, la escala puede parecer mentir, pero esta vez no simplemente con un nombre inapropiado.

La báscula opera midiendo elfuerza netaactuando sobre ello. Cuando todavía está en el piso del baño, toda la fuerza neta en la báscula proviene de la fuerza de gravedad que empuja hacia abajo al cuerpo que está parado en la báscula. Pero en unacelerando el ascensor,cuando el elevador comienza a acelerar o desacelerar, la aceleración total de la masa en la báscula no es solo degramosino también del movimiento del ascensor.

Si el ascensor está acelerando hacia arriba en la dirección opuesta agramo, la aceleración neta será ligeramente menor quegramo, lo que resulta en una fuerza neta ligeramente menor (ya queF_neto = may suponiendo que la aceleración del ascensor es menor en magnitud quegramo). Por lo tanto, la escala mostrará unnúmero más pequeñoque cuando está quieto. Por el contrario, al acelerar hacia abajo, hayaceleración adicionalen la dirección degramo,resultando en una fuerza neta mayor en la escala, y mostrará unmayor numero​.

Tenga en cuenta que esto essolo es cierto cuando el ascensor está acelerando. A una velocidad constante hacia arriba o hacia abajo (¡lo que la mayoría de los pasajeros podrían esperar!), La aceleración neta y, por lo tanto, la fuerza neta no difiere de la escala que no se mueve en el piso del baño.

Otra forma fácil de "perder peso" instantáneamente es colocar una báscula en una pendiente en lugar de en el piso. Dibujar un diagrama de cuerpo libre de las fuerzas en la escala y comprender cómo funciona la escala revela por qué esto es cierto.

Una vez más, la escala funciona registrando la fuerza de gravedad que actúa sobre ella hacia abajo en la escala. La fuerza de gravedad siempre se dirige hacia el centro de la Tierra. Cuando la báscula está plana en el piso del baño, está directamente hacia abajo a 90 grados.

Sin embargo, cuando la báscula está inclinada, por ejemplo, sentada en una rampa a 20 grados, la fuerza de gravedad esya no perpendicular a la escala. La resolución de la fuerza de la gravedad en sus componentes revela quela componente perpendicular,el que va directamente a la escala y, por lo tanto, sirve como fuente de lectura de la escala, esmás pequeño que la fuerza total de la gravedad. Por lo tanto, la escala muestra unnúmero más pequeñocuando está inclinado que cuando está acostado en el suelo.

Masa y pesono son intercambiable en física! Muchas ecuaciones y conceptos dependen de la masa de un objeto o de la masa de varios objetos. El peso es solo un concepto útil en situaciones de física newtoniana, como analizar fuerzas en las situaciones descritas aquí.