Massa contro Peso: qual è la differenza e perché è importante

Le persone che osservano il loro peso potrebbero affermare che le bilance non mentono, ma ciò che dicono a una persona è, perlomeno, un termine improprio. Il peso, in termini fisici, è in realtà unvigore: La forza di gravità che agisce su una massa. L'unità di forza del SI è Newton (N). La massa, d'altra parte, è una misura della quantità di materia in un oggetto. L'unità SI di massa è il chilogrammo (kg).

Quindi ciò che la bilancia dovrebbe realmente mostrare a una persona che cerca il proprio peso è un valore inNewton. Per gli studenti di fisica più esigenti che vogliono approssimarsi a questo da soli; tuttavia, funziona quanto segue: basta moltiplicare i chilogrammi forniti dalla bilancia per 10 (o le libbre per 4,5).

In poche parole, la principale differenza tra massa e peso è che la massa è aproprietà fondamentaledi un oggetto e il peso no. La massa non cambia indipendentemente da dove si trova un oggetto finché la materia non viene aggiunta o sottratta da esso. Un elefante di 2.300 kg è di 2.300 kg sul pianeta Terra, sulla luna e nel mezzo dello spazio.

Il peso, d'altra parte, dipende dalla posizione poiché la forza gravitazionale che agisce sulla massa è diversa nelle diverse posizioni. Un elefante di 2.300 kg ha unpesodi circa 23.000 N sulla superficie terrestre, ma solo circa un sesto di quel peso sulla luna e, se il elefante è stato depositato nello spazio profondo, lontano dall'influenza di qualsiasi campo gravitazionale, non avrebbe peso affatto.

Un'altra importante distinzione tra massa e peso che segue dalle loro definizioni è che la massa è ascalarevalore, poiché non esiste una direzione associata a un valore in chilogrammi, mentre il peso è una forzavettore.Il peso di un oggetto è sempre diretto nello stesso modo in cui la gravità lo attrae.

La massa tecnicamente è una misura quantitativa dell'inerzia di un oggetto o della sua resistenza al movimento. Più un oggetto è massiccio, meno è influenzato dalle forze che agiscono su di esso.

Come ogni forza, il peso può essere calcolato utilizzando l'equazione della forza gravitazionale:

Dovegè l'accelerazione di gravità vicino alla superficie terrestre:g =9,8 m/s². Qualsiasi oggetto caduto in qualsiasi punto del pianeta cade verso il centro della Terra a una velocità sempre crescente: 9,8 m/s più velocemente ogni secondo rispetto al secondo precedente.

Questa formula spiega perché moltiplicare la massa in kg per 10 (o in libbre per 4,5, per tenere conto della prima conversione nell'unità SI di kg) fornisce una rapida approssimazione del peso "reale" di una persona.

Altrove nell'universo, il valore digè diverso, poiché l'accelerazione dovuta alla gravità è il risultato del campo gravitazionale locale di un corpo grande. Sul minuscolo pianeta Mercurio, ad esempio,gè solo 3,7 m/s². Perché è solo il 38% circa digsulla Terra, qualsiasi cosa su Mercurio pesa solo il 38% circa di quello che fa sulla Terra.

Come definizione rigorosa, il peso di un oggetto nello stesso campo gravitazionale non cambia. Che una persona salga o scenda in ascensore, lo stessogsta accelerando lo stessom, cosìF_grave, o peso, sarà lo stesso.

In realtà, ci sono piccole differenze nel valore digin luoghi diversi attorno a un grande corpo, come al Polo Nord rispetto all'Equatore sulla Terra, o all'interno rispetto alla superficie del Sole. Ma approssimare un valore costante per ogni luogo in un campo gravitazionale di solito è sufficiente per gli studenti di fisica.

Detto questo, i passeggeri degli ascensori attenti potrebbero aver notato che a voltesentirepiù pesante o più leggero del normale in diversi punti della corsa. Loroapparente​ ​pesistanno cambiando perché i loro corpi hanno inerzia, o resistono ai cambiamenti nel loro movimento.

Quando un ascensore inizia a salire, i loro corpi sono fermi e resistono al movimento verso l'alto, facendoli sentire più pesanti per un momento finché non si adattano al movimento. È vero il contrario per un momento quando l'ascensore inizia a scendere. Tuttavia, in nessun momento la personapeso attualemodificare.

E la lettura della scala per le stesse persone che salgono e scendono dall'ascensore? Anche in questo caso, la scala potrebbe sembrare mentire, ma questa volta non semplicemente con un termine improprio.

La bilancia funziona misurando ilforza nettaagendo su di esso. Quando è ancora sul pavimento del bagno, l'intera forza netta sulla bilancia deriva dalla forza di gravità che spinge verso il basso il corpo in piedi sulla bilancia. Ma su unascensore in accelerazione,quando l'ascensore inizia ad accelerare o rallentare, l'accelerazione totale della massa sulla bilancia non è solo dagma anche dal moto dell'ascensore.

Se l'ascensore sta accelerando verso l'alto nella direzione opposta ag, l'accelerazione netta sarà leggermente inferiore ag, risultando in una forza netta leggermente inferiore (poichéF_netto = mae supponendo che l'accelerazione dell'ascensore sia minore in grandezza dig). La bilancia visualizzerà quindi anumero più piccolodi quando è ancora. Al contrario, quando si accelera verso il basso, c'èaccelerazione aggiuntivanella direzione dig,risultante in una maggiore forza netta sulla scala, e visualizzerà anumero maggiore​.

Nota che questo èvero solo quando l'ascensore sta accelerando. A una velocità costante su o giù (cosa che la maggior parte dei passeggeri potrebbe sperare!), l'accelerazione netta e quindi la forza netta non differiscono dalla scala che non si muove sul pavimento del bagno.

Un altro modo semplice per "dimagrire" istantaneamente è mettere una bilancia su un piano inclinato piuttosto che appoggiata sul pavimento. Disegnare un diagramma a corpo libero delle forze sulla scala e capire come funziona la scala rivela perché questo è vero.

Anche in questo caso, la bilancia funziona registrando la forza di gravità che agisce su di essa verso il basso nella bilancia. La forza di gravità è sempre diretta verso il centro della Terra. Quando la bilancia è piatta sul pavimento del bagno, questo è direttamente verso il basso a 90 gradi.

Tuttavia, quando la bilancia è inclinata, ad esempio seduta su una rampa a 20 gradi, la forza di gravità ènon più perpendicolare alla scala. Risolvere la forza di gravità nelle sue componenti rivela chela componente perpendicolare,quello che entra direttamente nella bilancia e serve quindi come fonte della lettura della bilancia, èminore della forza di gravità totale. Pertanto, la bilancia visualizza anumero più piccoloquando inclinato rispetto a quando è piatto sul pavimento.

Massa e pesonon sono intercambiabile in fisica! Molte equazioni e concetti dipendono dalla massa di un oggetto o dalle masse di più oggetti. Il peso è solo un concetto utile nelle situazioni della fisica newtoniana, come l'analisi delle forze nelle situazioni descritte qui.