Massa versus Gewicht: wat is het verschil en waarom is het belangrijk?

Mensen die naar hun gewicht kijken, beweren misschien dat een weegschaal niet liegt, maar wat ze iemand vertellen, is op zijn minst een verkeerde benaming. Gewicht, in natuurkundige termen, is eigenlijk een actuallydwingen: De zwaartekracht die op een massa inwerkt. De SI-eenheid van kracht is Newton (N). Massa daarentegen is een maat voor de hoeveelheid materie in een object. De SI-eenheid van massa is de kilogram (kg).

Dus wat de weegschaal echt zou moeten weergeven aan een persoon die op zoek is naar hun gewicht, is een waarde inNewton. Voor de veeleisende natuurkundestudenten die dit zelf willen benaderen; het volgende werkt echter: Vermenigvuldig de kilogrammen die de weegschaal geeft met 10 (of de ponden met 4,5).

In een notendop, het belangrijkste verschil tussen massa en gewicht is dat massa a. isfundamentele eigenschapvan een object en het gewicht niet. Massa verandert niet, ongeacht waar een object zich bevindt totdat er materie wordt toegevoegd of afgetrokken. Een olifant van 2.300 kg weegt 2.300 kg op de planeet Aarde, de maan en in het midden van de ruimte.

Gewicht daarentegen is wel afhankelijk van de locatie, aangezien de zwaartekracht die op de massa inwerkt op verschillende locaties anders is. Een olifant van 2.300 kg heeft eengewichtvan ongeveer 23.000 N op het aardoppervlak, maar slechts ongeveer een zesde van dat gewicht op de maan en, als de olifant werd afgezet in de diepe ruimte, ver van de invloed van een zwaartekrachtveld, zou het geen gewicht hebben helemaal niet.

Een ander belangrijk onderscheid tussen massa en gewicht dat uit hun definities volgt, is dat massa a. isscalairwaarde, omdat er geen richting is gekoppeld aan een waarde in kilogram, terwijl gewicht een kracht isvector.Het gewicht van een object wordt altijd op dezelfde manier gericht als de zwaartekracht eraan trekt.

Massa is technisch gezien een kwantitatieve maat voor de traagheid van een object, of zijn weerstand tegen beweging. Hoe massiever een object, hoe minder het wordt beïnvloed door krachten die erop inwerken.

Zoals elke kracht kan het gewicht worden berekend met behulp van de zwaartekrachtvergelijking:

Waargis de versnelling als gevolg van de zwaartekracht nabij het aardoppervlak:g =9,8 m/s². Elk object dat ergens op de planeet valt, valt met een steeds grotere snelheid naar het centrum van de aarde: 9,8 m/s sneller per seconde dan de vorige seconde.

Deze formule verklaart waarom het vermenigvuldigen van massa in kg met 10 (of in lbs met 4,5, om rekening te houden met de eerste conversie naar de SI-eenheid van kg) een snelle benadering geeft van het "echte" gewicht van een persoon.

Elders in het universum is de waarde vangis anders, omdat versnelling als gevolg van zwaartekracht het resultaat is van het lokale zwaartekrachtveld van een groot lichaam. Op de kleine planeet Mercurius bijvoorbeeld,gis slechts 3,7 m/s². Want dat is slechts ongeveer 38 procent vangop aarde weegt alles op Mercurius slechts ongeveer 38 procent van wat het op aarde doet.

Als strikte definitie verandert het gewicht van een object in hetzelfde zwaartekrachtsveld niet. Of een persoon nu omhoog of omlaag gaat in een lift, hetzelfde thegversnelt hetzelfdem, dusF_zwaar, of gewicht, zal hetzelfde zijn.

In werkelijkheid zijn er kleine verschillen in de waarde vangop verschillende locaties rond een groot lichaam, zoals op de Noordpool versus de evenaar op aarde, of in het binnenland versus op het oppervlak van de zon. Maar het benaderen van een constante waarde voor overal in een zwaartekrachtveld is meestal voldoende voor natuurkundestudenten.

Dat gezegd hebbende, hebben oplettende liftrijders misschien gemerkt dat ze somsvoelenzwaarder of lichter dan normaal op verschillende punten in de rit. Hunklaarblijkelijk​ ​gewichtenveranderen omdat hun lichaam traagheid heeft, of ze verzetten zich tegen veranderingen in hun beweging.

Wanneer een lift begint te stijgen, zijn hun lichamen stil en bieden ze weerstand aan de opwaartse beweging, waardoor ze zich even zwaarder voelen totdat ze zich aanpassen aan het bewegen. Het omgekeerde is waar voor een moment wanneer de lift begint te dalen. Echter, op geen enkel moment heeft de persooneigenlijke gewichtverandering.

Hoe zit het met het aflezen van de schaal voor dezelfde mensen die de lift op en af ​​gaan? Ook hier lijkt de schaal misschien te liegen, maar deze keer niet alleen met een verkeerde benaming.

De schaal werkt door het meten van denetto krachternaar handelen. Als het nog op de badkamervloer staat, is de totale nettokracht op de weegschaal afkomstig van de zwaartekracht die het lichaam dat op de weegschaal staat naar beneden trekt. Maar op eenversnellende lift,wanneer de lift begint te versnellen of te vertragen, is de totale versnelling van de massa op de schaal niet alleen vangmaar ook van de beweging van de lift.

Als de lift omhoog versnelt in de tegenovergestelde richting van:g, zal de netto versnelling iets kleiner zijn dang, wat resulteert in een iets kleinere nettokracht (aangezienF_netto- = maen ervan uitgaande dat de versnelling van de lift kleiner is dang). De weegschaal zal daarom a. weergevenkleiner aantaldan wanneer het stil is. Omgekeerd, wanneer naar beneden accelereert, is er:extra versnellingin de richting vang,wat resulteert in een grotere netto kracht op de schaal, en het zal a. weergevengroter aantal​.

Let op: dit isalleen waar wanneer de lift versnelt. Bij een constante snelheid omhoog of omlaag (waar de meeste passagiers misschien op hopen!), verschilt de netto versnelling en dus de netto kracht niet van de schaal die niet beweegt op de badkamervloer.

Een andere gemakkelijke manier om direct "af te vallen" is door een weegschaal op een helling te plaatsen in plaats van plat op de vloer. Het tekenen van een vrijlichaamsdiagram van de krachten op de schaal en het begrijpen hoe de schaal werkt, onthult waarom dit waar is.

Nogmaals, de schaal werkt door de zwaartekracht te registreren die erop inwerkt, naar beneden in de schaal. De zwaartekracht is altijd gericht op het middelpunt van de aarde. Wanneer de weegschaal plat op de badkamervloer staat, staat deze recht naar beneden op 90 graden.

Wanneer de schaal echter gekanteld is, bijvoorbeeld zittend op een helling van 20 graden, is de zwaartekrachtniet langer loodrecht op de schaal. Het oplossen van de zwaartekracht in zijn componenten onthult dat:de loodrechte component,degene die rechtstreeks in de schaal gaat en dus dient als de bron van de aflezing van de schaal, iskleiner dan de totale zwaartekracht. De schaal geeft dus a. weerkleiner aantalwanneer schuin dan wanneer plat op de vloer.

Massa en gewichtzijn niet uitwisselbaar in de natuurkunde! Veel vergelijkingen en concepten zijn afhankelijk van de massa van een object of van de massa van meerdere objecten. Gewicht is alleen een nuttig concept in Newtoniaanse natuurkundige situaties, zoals het analyseren van krachten in de hier beschreven situaties.