Massa e peso são fáceis de confundir. A diferença é mais do que algo que atormenta os alunos que fazem o dever de casa - ela está na vanguarda da ciência. Você pode ajudar as crianças a entender isso examinando as unidades e discutindo a gravidade, de onde vem a massa e como a massa e o peso agem em diferentes situações.
Massa versus peso
Uma diferença importante entre massa e peso é que o peso é uma força, enquanto a massa não é. Uma definição simples de peso para crianças é: peso refere-se à força que a gravidade se aplica a um objeto. Uma definição simples de massa para crianças é: a massa reflete a quantidade de matéria (ou seja, elétrons, prótons e nêutrons) que um objeto contém. Podemos colocar uma balança na lua e pesar um objeto lá. O peso será diferente porque a força da gravidade é diferente. Mas a massa será a mesma.
Alguns exemplos de massa para crianças podem incluir diferentes quantidades de argila; à medida que pedaços de argila são removidos, a massa do objeto diminui. A massa pode ser adicionada a outra bola de argila, aumentando sua massa.
Nos Estados Unidos, balanças domésticas e comerciais medem o peso em libras, uma medida de força, enquanto em quase todos os outros países do mundo, as escalas medem em unidades métricas, como gramas ou quilogramas (1.000 gramas). Mesmo que você possa dizer que algo “pesa” 10 quilos, na verdade você está falando de sua massa, não de seu peso. Na ciência, o peso é medido em newtons, a unidade de força, mas isso não é usado na vida cotidiana.
Peso: Força devido à gravidade
Peso é a força com a qual a gravidade atua sobre um objeto. Para converter entre massa e peso, você usa o valor da aceleração gravitacional g = 9,81 metros por segundo ao quadrado. Para calcular o peso, W, em Newtons, você multiplica a massa, m, em quilogramas por g: W = mg. Para obter a massa do peso, você divide o peso por g: m = W / g. Uma escala métrica usa essa equação para fornecer uma massa, embora o funcionamento interno da escala responda à força.
Com as crianças, é útil falar sobre o peso em outro planeta, a lua ou um asteróide. O valor de g é diferente, mas o princípio é o mesmo. No entanto, as fórmulas se aplicam apenas perto da superfície, onde a aceleração gravitacional não muda muito com a localização. Longe da superfície, você precisa usar a fórmula de Newton para a força gravitacional entre dois objetos distantes. No entanto, não nos referimos a essa força como peso.
Leis do Movimento de Newton
A primeira lei do movimento de Newton afirma que objetos em repouso tendem a permanecer em repouso, enquanto objetos em movimento tendem a permanecer em movimento. A segunda lei de Newton diz que a aceleração, a, de um objeto é igual à força resultante sobre ele, F, dividida por sua massa: a = F / m. Uma aceleração é uma mudança no movimento, portanto, para alterar o estado de movimento de um objeto, você aplica uma força. A inércia, ou massa, de um objeto resiste à mudança.
Como a aceleração é uma propriedade do movimento, não importa, você pode medi-la sem se preocupar com força ou massa. Suponha que você aplique uma força mecânica conhecida a um objeto, meça sua aceleração e calcule sua massa. Esta é a massa inercial do objeto. Você então organiza uma situação em que a única força sobre o objeto é a gravidade e, novamente, mede sua aceleração e calcula sua massa. Isso é chamado de massa gravitacional do objeto.
Os físicos há muito se perguntam se a massa gravitacional e a inercial são realmente idênticas. A ideia de que eles são idênticos é chamada de princípio de equivalência e tem consequências importantes para as leis da física. Por centenas de anos, os físicos realizaram experimentos sensíveis para testar o princípio da equivalência. Em 2008, os melhores experimentos o confirmaram em uma parte em 10 trilhões.