Massi ja kaalu on lihtne segi ajada. Erinevus on rohkem kui miski, mis vaevab õpilasi kodutööde tegemisel - see on teaduses esirinnas. Saate aidata lastel sellest aru saada, vaadates üle ühikud ja arutades gravitatsiooni, kust mass tuleb ning kuidas mass ja kaal erinevates olukordades toimivad.
Mass versus kaal
Oluline erinevus massi ja kaalu vahel on see, et kaal on jõud, mass aga mitte. Laste jaoks on lihtne kaalu määratlus: kaal viitab objektile rakendatavale jõu raskusjõule. Laste jaoks on lihtne massi määratlus: mass peegeldab objekti sisalduva aine (s.o. elektronide, prootonite ja neutronite) hulka. Saame kuule asetada skaala ja seal eseme kaaluda. Kaal on erinev, kuna raskusjõud on erinev. Kuid mass tuleb sama.
Mõned lastele mõeldud massnäited võivad sisaldada erinevat kogust savi; savitükkide eemaldamisel väheneb eseme mass. Massi saab lisada teisele savipallile, suurendades selle massi.
Ameerika Ühendriikides mõõdavad majapidamis- ja kaubanduskaalud kaalu naeltes, mis on jõu suurus, samas kui peaaegu igas teises maailma riigis mõõdetakse skaalasid meetermõõdustiku ühikutes, näiteks grammides või kilogrammides (1000 kg) grammi). Kuigi võite öelda, et miski "kaalub" 10 kilogrammi, räägite tegelikult selle massist, mitte kaalust. Teaduses mõõdetakse kaalu Newtonites, jõuühikus, kuid seda ei kasutata igapäevaelus.
Kaal: raskusjõu mõjul mõjuv jõud
Kaal on jõud, millega gravitatsioon objektile mõjub. Massi ja kaalu teisendamiseks kasutage gravitatsioonikiirenduse väärtust g = 9,81 meetrit sekundis ruut. Kaalu W arvutamiseks Newtonites korrutatakse mass m, kilogrammides korrutatuna g: W = mg. Kaalu massist saamiseks jagage kaal g-ga: m = W / g. Metriline skaala kasutab seda võrrandit, et anda teile mass, kuigi skaala sisemine töö reageerib jõule.
Lastega on kasulik rääkida kaalust teisel planeedil, Kuul või asteroidil. G väärtus on erinev, kuid põhimõte on sama. Valemid kehtivad siiski ainult pinna lähedal, kus gravitatsioonikiirendus asukohaga palju ei muutu. Pinnast kaugel peate kahe kaugema objekti vahelise gravitatsioonijõu jaoks kasutama Newtoni valemit. Kuid me ei viita sellele jõule kui kaalule.
Newtoni liikumisseadused
Newtoni esimene liikumisseadus ütleb, et puhkeolekus olevad objektid kipuvad puhkama, liikuvad objektid aga liikuma. Newtoni teine seadus ütleb, et objekti kiirendus a on võrdne talle avalduva netojõuga F, jagatuna selle massiga: a = F / m. Kiirendus on liikumise muutus, nii et objekti liikumisseisundi muutmiseks rakendate jõudu. Objekti inerts ehk mass peab muutustele vastu.
Kuna kiirendus on liikumise omadus, mitte mateeria, saate seda mõõta, muretsemata jõu või massi pärast. Oletame, et rakendate objektile teadaolevat mehaanilist jõudu, mõõdate selle kiirendust ja arvutate selle põhjal selle massi. See on objekti inertsmass. Seejärel korraldate olukorra, kus ainus jõud objektile on raskusjõud, ning mõõdate uuesti selle kiirenduse ja arvutate selle massi. Seda nimetatakse objekti gravitatsioonimassiks.
Füüsikud on pikka aega mõelnud, kas gravitatsiooniline ja inertsne mass on tõeliselt identsed. Ideed, et need on identsed, nimetatakse samaväärsuspõhimõtteks ja sellel on olulised tagajärjed füüsikaseadustele. Füüsikud on sadu aastaid ekvivalentsuse põhimõtte testimiseks teinud tundlikke katseid. Alates 2008. aastast olid parimad katsed seda kinnitanud ühele osale 10 triljonis.