Masu un svaru ir viegli sajaukt. Atšķirība ir vairāk nekā kaut kas tāds, kas nomāc studentus, kuri pilda mājas darbus - tas ir zinātnes priekšgalā. Jūs varat palīdzēt bērniem to saprast, pārdomājot vienības un apspriežot gravitāciju, no kurienes rodas masa un kā masa un svars darbojas dažādās situācijās.
Masa pret svaru
Svarīga atšķirība starp masu un svaru ir tā, ka svars ir spēks, bet masa nav. Vienkārša svara definīcija bērniem ir: svars attiecas uz spēka smagumu, kas attiecas uz objektu. Vienkārša masas definīcija bērniem ir: masa atspoguļo vielas (t.i., elektronu, protonu un neitronu) daudzumu, ko satur objekts. Mēs varam uz Mēness novietot skalu un nosvērt tur priekšmetu. Svars būs atšķirīgs, jo smaguma spēks ir atšķirīgs. Bet masa būs tāda pati.
Daži masu piemēri bērniem varētu ietvert dažādus māla daudzumus; noņemot māla gabalus, priekšmeta masa samazinās. Masu var pievienot citai māla lodītei, palielinot tās masu.
Amerikas Savienotajās Valstīs sadzīves un komerciālie svari svaru mēra mārciņās, kas ir spēka mērs, savukārt ASV gandrīz katrā citā pasaules valstī svari mēra metriskajās vienībās, piemēram, gramos vai kilogramos (1000 kg) grami). Pat ja jūs varētu teikt, ka kaut kas “sver” 10 kilogramus, jūs patiesībā runājat par tā masu, nevis svaru. Zinātnē svaru mēra ņūtonos, spēka vienībā, taču to ikdienā neizmanto.
Svars: spēks smaguma dēļ
Svars ir spēks, ar kuru gravitācija iedarbojas uz objektu. Lai konvertētu starp masu un svaru, izmantojiet gravitācijas paātrinājuma vērtību g = 9,81 metri sekundē kvadrātā. Lai aprēķinātu svaru W, ņūtonos, reiziniet masu, m, kilogramos reizinot ar g: W = mg. Lai iegūtu svaru no svara, jūs dalāt svaru ar g: m = W / g. Metriskā skala izmanto šo vienādojumu, lai iegūtu masu, lai gan skalas iekšējā darbība reaģē uz spēku.
Ar bērniem ir noderīgi runāt par svaru uz citas planētas, Mēness vai asteroīda. G vērtība ir atšķirīga, bet princips ir vienāds. Tomēr formulas attiecas tikai uz virsmu, kur gravitācijas paātrinājums daudz nemainās atkarībā no atrašanās vietas. Tālu no virsmas gravitācijas spēkam starp diviem attāliem objektiem jāizmanto Ņūtona formula. Tomēr mēs šo spēku nenosaucam par svaru.
Ņūtona kustības likumi
Ņūtona pirmais kustības likums nosaka, ka miera stāvoklī esošie objekti mēdz palikt miera stāvoklī, bet kustībā esošie objekti - kustībā. Ņūtona otrais likums saka, ka objekta paātrinājums a ir vienāds ar tīro spēku uz to F, dalīts ar tā masu: a = F / m. Paātrinājums ir kustības maiņa, tāpēc, lai mainītu objekta kustības stāvokli, jums jāpieliek spēks. Objekta inerce jeb masa pretojas izmaiņām.
Tā kā paātrinājums ir kustības īpašums, nevis jautājums, jūs to varat izmērīt, neuztraucoties par spēku vai masu. Pieņemsim, ka jūs lietojat zināmu mehānisku spēku uz objektu, mēra tā paātrinājumu un no tā aprēķiniet tā masu. Šī ir objekta inerciālā masa. Pēc tam jūs sakārtojat situāciju, kurā vienīgais spēks uz objektu ir gravitācija, un atkal izmērāt tā paātrinājumu un aprēķināt tā masu. To sauc par objekta gravitācijas masu.
Fiziķi jau sen domāja, vai gravitācijas un inerces masa ir patiešām identiska. Ideju, ka tie ir identiski, sauc par ekvivalences principu, un tam ir svarīgas sekas fizikas likumiem. Simtiem gadu fiziķi ir veikuši sensitīvus eksperimentus, lai pārbaudītu līdzvērtības principu. Kopš 2008. gada labākie eksperimenti to apstiprināja vienai daļai 10 triljonos.