Massa en gewicht zijn gemakkelijk te verwarren. Het verschil is meer dan iets dat leerlingen plaagt bij het maken van huiswerk - het loopt voorop in de wetenschap. Je kunt kinderen helpen dit te begrijpen door eenheden te bespreken en zwaartekracht te bespreken, waar massa vandaan komt en hoe massa en gewicht in verschillende situaties werken.
Massa versus gewicht
Een belangrijk verschil tussen massa en gewicht is dat gewicht een kracht is, terwijl massa dat niet is. Een eenvoudige gewichtsdefinitie voor kinderen is: gewicht verwijst naar de kracht die zwaartekracht op een object uitoefent. Een eenvoudige massadefinitie voor kinderen is: massa weerspiegelt de hoeveelheid materie (d.w.z. elektronen, protonen en neutronen) die een object bevat. We kunnen een weegschaal op de maan plaatsen en daar een voorwerp wegen. Het gewicht zal anders zijn omdat de zwaartekracht anders is. Maar de massa zal hetzelfde zijn.
Sommige massavoorbeelden voor kinderen kunnen verschillende hoeveelheden klei bevatten; naarmate stukjes klei worden verwijderd, neemt de massa van het object af. De massa kan worden toegevoegd aan een andere bal klei, waardoor de massa toeneemt.
In de Verenigde Staten meten huishoudelijke en commerciële weegschalen het gewicht in ponden, een maatstaf voor kracht, terwijl in bijna elk ander land ter wereld, weegschalen meten in metrische eenheden, zoals gram of kilogram (1.000 gram). Ook al zou je kunnen zeggen dat iets 10 kilogram "weegt", je hebt het eigenlijk over de massa, niet over het gewicht. In de wetenschap wordt gewicht gemeten in Newton, de eenheid van kracht, maar dit wordt niet gebruikt in het dagelijks leven.
Gewicht: kracht door zwaartekracht
Gewicht is de kracht waarmee de zwaartekracht op een voorwerp inwerkt. Om tussen massa en gewicht om te rekenen, gebruik je de waarde voor zwaartekrachtversnelling g = 9,81 meter per seconde kwadraat. Om het gewicht, W, in Newton te berekenen, vermenigvuldig je de massa, m, in kilogrammen met g: W = mg. Om massa uit gewicht te halen, deel je het gewicht door g: m = W/g. Een metrische schaal gebruikt die vergelijking om je een massa te geven, hoewel de innerlijke werking van de schaal reageert op kracht.
Met kinderen is het nuttig om te praten over gewicht op een andere planeet, de maan of een asteroïde. De waarde van g is anders, maar het principe is hetzelfde. De formules zijn echter alleen van toepassing in de buurt van het oppervlak, waar de zwaartekrachtversnelling niet veel verandert met de locatie. Ver van het oppervlak moet je de formule van Newton gebruiken voor de zwaartekracht tussen twee verre objecten. We noemen deze kracht echter niet gewicht.
De bewegingswetten van Newton
De eerste bewegingswet van Newton stelt dat objecten in rust de neiging hebben om in rust te blijven, terwijl bewegende objecten de neiging hebben om in beweging te blijven. De tweede wet van Newton zegt dat de versnelling, a, van een voorwerp gelijk is aan de netto kracht erop, F, gedeeld door zijn massa: a = F/m. Een versnelling is een verandering in beweging, dus om de bewegingstoestand van een object te veranderen, oefen je een kracht uit. De traagheid of massa van een object verzet zich tegen de verandering.
Omdat versnelling een eigenschap van beweging is, maakt niet uit, je kunt het meten zonder je zorgen te maken over kracht of massa. Stel dat u een bekende mechanische kracht op een voorwerp uitoefent, de versnelling meet en daaruit de massa berekent. Dit is de traagheidsmassa van het object. Je regelt dan een situatie waarin de enige kracht op het object de zwaartekracht is, en meet opnieuw de versnelling en berekent zijn massa. Dit wordt de zwaartekracht van het object genoemd.
Natuurkundigen hebben zich lang afgevraagd of zwaartekracht en traagheidsmassa echt identiek zijn. Het idee dat ze identiek zijn, wordt het equivalentieprincipe genoemd, en heeft belangrijke gevolgen voor de natuurwetten. Al honderden jaren voeren natuurkundigen gevoelige experimenten uit om het equivalentieprincipe te testen. Vanaf 2008 hadden de beste experimenten het bevestigd tot een deel op 10 biljoen.