Massa ja paino on helppo sekoittaa. Ero on enemmän kuin jotain, joka vaivaa opiskelijoita tekemään kotitehtäviä - se on tieteen kärjessä. Voit auttaa lapsia ymmärtämään tämän käymällä läpi yksikköjä ja keskustelemalla painovoimasta, mistä massa tulee ja miten massa ja paino toimivat eri tilanteissa.
Massa vs. paino
Tärkeä ero massan ja painon välillä on, että paino on voima, kun taas massa ei ole. Yksinkertainen painon määritelmä lapsille on: paino viittaa esineeseen sovellettavaan voiman painovoimaan. Yksinkertainen massamääritys lapsille on: massa heijastaa aineen (eli elektronien, protonien ja neutronien) määrää, jonka esine sisältää. Voimme sijoittaa asteikon kuuhun ja punnita esineen siellä. Paino on erilainen, koska painovoima on erilainen. Mutta massa on sama.
Jotkut massaesimerkit lapsille voivat sisältää erilaisia määriä savea; kun savipaloja poistetaan, esineen massa pienenee. Massa voidaan lisätä toiseen savipalloon lisäämällä sen massaa.
Yhdysvalloissa kotitalous- ja kaupalliset vaa'at mittaavat painoa punnissa, voiman mittana, kun taas melkein kaikissa muissa maailman maissa asteikot mitataan metriyksiköinä, kuten grammoina tai kilogrammoina (1000 grammaa). Vaikka saatat sanoa, että joku “painaa” 10 kiloa, puhut itse asiassa sen massasta, ei painosta. Tieteessä paino mitataan Newtonissa, voimayksikössä, mutta sitä ei käytetä jokapäiväisessä elämässä.
Paino: Painovoiman aiheuttama voima
Paino on voima, jolla painovoima vaikuttaa esineeseen. Muunna painon ja painon välillä käyttämällä gravitaatiokiihtyvyyden arvoa g = 9,81 metriä sekunnissa. Paino W lasketaan newtoneina kertomalla massa (m) kilogrammoina kertaa g: W = mg. Saadaksesi massa painosta, jaa paino g: llä: m = W / g. Metrinen asteikko käyttää tätä yhtälöä antamaan sinulle massan, vaikka asteikon sisäinen toiminta reagoi voimaan.
Lasten kanssa on hyödyllistä puhua painosta toisella planeetalla, kuulla tai asteroidilla. G: n arvo on erilainen, mutta periaate on sama. Kaavoja sovelletaan kuitenkin vain pinnan lähellä, jossa painovoiman kiihtyvyys ei muutu paljon sijainnin mukaan. Kaukana pinnasta sinun on käytettävä Newtonin kaavaa kahden etäisen objektin väliseen painovoimaan. Emme kuitenkaan viittaa tähän voimaan painona.
Newtonin liikelakit
Newtonin ensimmäisessä liikelakissa todetaan, että levossa olevat kohteet pysyvät yleensä levossa, kun taas liikkuvat kohteet pysyvät liikkeessä. Newtonin toinen laki sanoo, että kohteen kiihtyvyys a on yhtä suuri kuin siihen kohdistuva nettovoima F jaettuna sen massalla: a = F / m. Kiihtyvyys on muutos liikkeessä, joten muuttaaksesi kohteen liiketilaa kohdistat voiman. Kohteen hitaus tai massa vastustaa muutosta.
Koska kiihtyvyys on liikkeen ominaisuus, ei asia, voit mitata sitä huolimatta voimasta tai massasta. Oletetaan, että kohdistat esineeseen tunnetun mekaanisen voiman, mitat sen kiihtyvyyden ja lasketaan siitä massa. Tämä on kohteen inertiaalimassa. Sitten järjestät tilanteen, jossa ainoa voima esineeseen on painovoima, ja mitataan uudelleen sen kiihtyvyys ja lasketaan sen massa. Tätä kutsutaan kohteen painovoimaiseksi massaksi.
Fyysikot ovat jo kauan miettineet, ovatko gravitaatio- ja inertiamassa todella identtiset. Ajatusta siitä, että ne ovat identtisiä, kutsutaan vastaavuusperiaatteeksi, ja sillä on tärkeitä seurauksia fysiikan laeille. Satojen vuosien ajan fyysikot ovat tehneet arkaluonteisia kokeita testatakseen vastaavuusperiaatetta. Vuodesta 2008 lähtien parhaat kokeet olivat vahvistaneet sen yhdeksi osaksi 10 biljoonaa.