Masu i težinu lako je zbuniti. Razlika je više od nečega što muči učenike koji rade domaće zadatke - ona je u prvom planu znanosti. Djeci možete pomoći da to razumiju prelaskom jedinica i raspravom o gravitaciji, odakle dolazi masa i kako masa i težina djeluju u različitim situacijama.
Masa naspram težine
Važna razlika između mase i težine je ta što je težina sila, a masa nije. Jednostavna definicija težine za djecu je: težina se odnosi na silu gravitacije koja se primjenjuje na objekt. Jednostavna definicija mase za djecu je: masa odražava količinu materije (tj. Elektrona, protona i neutrona) koju objekt sadrži. Na Mjesec možemo postaviti vagu i ondje izvagati predmet. Težina će biti drugačija, jer je sila gravitacije različita. Ali masa će biti ista.
Neki masovni primjeri za djecu mogu uključivati različite količine gline; kako se uklanjaju komadi gline, masa predmeta se smanjuje. Masa se može dodati drugoj kuglici gline, povećavajući njezinu masu.
U Sjedinjenim Državama, kućne i komercijalne vage mjere težinu u kilogramima, mjeru sile, dok su u u gotovo svakoj drugoj zemlji na svijetu vage se mjere u metričkim jedinicama, poput grama ili kilograma (1.000 grama). Iako biste mogli reći da nešto "teži" 10 kilograma, zapravo govorite o njegovoj masi, a ne o težini. U znanosti se težina mjeri u Newtonima, jedinici snage, ali to se ne koristi u svakodnevnom životu.
Težina: sila uslijed gravitacije
Težina je sila kojom gravitacija djeluje na objekt. Da biste pretvorili masu i težinu, koristite vrijednost za gravitacijsko ubrzanje g = 9,81 metara u sekundi na kvadrat. Da biste izračunali težinu, W, u Newtonima, množite masu, m, u kilogramima puta g: W = mg. Da biste dobili masu iz težine, podijelite težinu s g: m = W / g. Metrička ljestvica koristi tu jednadžbu kako bi vam dala masu, iako unutarnji rad vage reagira na silu.
S djecom je korisno razgovarati o težini na drugom planetu, Mjesecu ili asteroidu. Vrijednost g je različita, ali princip je isti. Međutim, formule se primjenjuju samo u blizini površine, gdje se gravitacijsko ubrzanje ne mijenja puno s lokacijom. Daleko od površine, trebate koristiti Newtonovu formulu za gravitacijsku silu između dva udaljena objekta. Međutim, ne nazivamo ovu silu težinom.
Newtonovi zakoni pokreta
Newtonov prvi zakon kretanja kaže da predmeti u mirovanju teže mirovati, dok predmeti u pokretu ostaju u pokretu. Newtonov drugi zakon kaže da je ubrzanje, a, objekta jednako neto sili na njemu, F, podijeljenoj s njegovom masom: a = F / m. Ubrzanje je promjena u kretanju, pa za promjenu stanja kretanja objekta primjenjujete silu. Tromost ili masa predmeta opire se promjeni.
Budući da je ubrzanje svojstvo gibanja, a ne materije, možete ga izmjeriti bez brige o sili ili masi. Pretpostavimo da na objekt primijenite poznatu mehaničku silu, izmjerite njegovo ubrzanje i na osnovu toga izračunate njegovu masu. Ovo je inercijska masa objekta. Zatim dogovarate situaciju u kojoj je jedina sila na predmet gravitacija i ponovno mjerite njegovo ubrzanje i izračunavate njegovu masu. To se naziva gravitacijska masa objekta.
Fizičari su se dugo pitali jesu li gravitacijska i inercijalna masa uistinu identične. Ideja da su identični naziva se načelom ekvivalencije i ima važne posljedice po zakone fizike. Stotinama godina fizičari su izvodili osjetljive eksperimente kako bi testirali princip ekvivalencije. Od 2008. godine najbolji su ga eksperimenti potvrdili na jedan dio od 10 bilijuna.