Massa e peso sono facili da confondere. La differenza è più di qualcosa che affligge gli studenti che fanno i compiti: è in prima linea nella scienza. Puoi aiutare i bambini a capirlo esaminando le unità e discutendo sulla gravità, da dove viene la massa e come la massa e il peso agiscono in situazioni diverse.
Massa contro peso
Un'importante differenza tra massa e peso è che il peso è una forza mentre la massa non lo è. Una semplice definizione di peso per i bambini è: il peso si riferisce alla forza di gravità applicata a un oggetto. Una semplice definizione di massa per i bambini è: la massa riflette la quantità di materia (cioè elettroni, protoni e neutroni) che un oggetto contiene. Possiamo posizionare una bilancia sulla luna e pesare un oggetto lì. Il peso sarà diverso perché la forza di gravità è diversa. Ma la massa sarà la stessa.
Alcuni esempi di massa per bambini potrebbero includere diverse quantità di argilla; man mano che vengono rimossi pezzi di argilla la massa dell'oggetto diminuisce. La massa può essere aggiunta a un'altra palla di argilla, aumentandone la massa.
Negli Stati Uniti, le bilance domestiche e commerciali misurano il peso in libbre, una misura di forza, mentre in quasi tutti gli altri paesi del mondo, le scale misurano in unità metriche, come grammi o chilogrammi (1.000 grammi). Anche se potresti dire che qualcosa "pesa" 10 chilogrammi, in realtà stai parlando della sua massa, non del peso. Nella scienza, il peso viene misurato in Newton, l'unità di forza, ma non viene utilizzata nella vita di tutti i giorni.
Peso: forza dovuta alla gravità
Il peso è la forza con cui la gravità agisce su un oggetto. Per convertire tra massa e peso, si utilizza il valore dell'accelerazione gravitazionale g = 9,81 metri al secondo quadrato. Per calcolare il peso, W, in Newton, moltiplichi la massa, m, in chilogrammi per g: W = mg. Per ottenere la massa dal peso, dividi il peso per g: m = W/g. Una scala metrica usa quell'equazione per darti una massa, sebbene il funzionamento interno della scala risponda alla forza.
Con i bambini è utile parlare di peso su un altro pianeta, sulla luna o su un asteroide. Il valore di g è diverso, ma il principio è lo stesso. Tuttavia, le formule si applicano solo vicino alla superficie, dove l'accelerazione gravitazionale non cambia molto con la posizione. Lontano dalla superficie, devi usare la formula di Newton per la forza gravitazionale tra due oggetti distanti. Tuttavia, non ci riferiamo a questa forza come peso.
Le leggi del moto di Newton
La prima legge del moto di Newton afferma che gli oggetti in quiete tendono a rimanere in quiete, mentre gli oggetti in movimento tendono a rimanere in movimento. La seconda legge di Newton dice che l'accelerazione, a, di un oggetto è uguale alla forza risultante su di esso, F, divisa per la sua massa: a = F/m. Un'accelerazione è un cambiamento nel movimento, quindi per cambiare lo stato di movimento di un oggetto si applica una forza. L'inerzia, o massa, di un oggetto resiste al cambiamento.
Poiché l'accelerazione è una proprietà del movimento, non importa, puoi misurarla senza preoccuparti della forza o della massa. Supponiamo di applicare una forza meccanica nota su un oggetto, misurare la sua accelerazione e da quella calcolare la sua massa. Questa è la massa inerziale dell'oggetto. Quindi organizzi una situazione in cui l'unica forza sull'oggetto è la gravità, e di nuovo misuri la sua accelerazione e calcoli la sua massa. Questa è chiamata massa gravitazionale dell'oggetto.
I fisici si sono a lungo chiesti se la massa gravitazionale e inerziale siano veramente identiche. L'idea che siano identici è chiamata principio di equivalenza e ha importanti conseguenze per le leggi della fisica. Per centinaia di anni, i fisici hanno condotto esperimenti sensibili per testare il principio di equivalenza. A partire dal 2008, i migliori esperimenti lo avevano confermato a una parte su 10 trilioni.