Масса и вес легко спутать. Разница не только в том, что изводит студентов, выполняющих домашние задания, - она находится на переднем крае науки. Вы можете помочь детям понять это, перебирая единицы измерения и обсуждая силу тяжести, откуда берется масса и как масса и вес действуют в различных ситуациях.
Масса против веса
Важное различие между массой и весом состоит в том, что вес - это сила, а масса - нет. Простое определение веса для детей: вес относится к силе гравитации, приложенной к объекту. Простое определение массы для детей: масса отражает количество вещества (то есть электронов, протонов и нейтронов), содержащегося в объекте. Мы можем поместить весы на Луну и взвесить там какой-либо предмет. Вес будет другим, потому что сила тяжести другая. Но масса будет такой же.
Некоторые массовые примеры для детей могут включать разное количество глины; по мере удаления кусочков глины масса объекта уменьшается. Массу можно добавлять в другой шар из глины, увеличивая его массу.
В Соединенных Штатах бытовые и коммерческие весы измеряют вес в фунтах, как меру силы, а в почти во всех остальных странах мира весы измеряются в метрических единицах, таких как граммы или килограммы (1000 граммы). Даже если вы можете сказать, что что-то «весит» 10 килограммов, на самом деле вы говорите о его массе, а не о весе. В науке вес измеряется в Ньютонах, единицах силы, но в повседневной жизни это не используется.
Вес: сила тяжести
Вес - это сила, с которой гравитация действует на объект. Чтобы преобразовать массу в вес, вы используете значение ускорения свободного падения g = 9,81 метра в секунду в квадрате. Чтобы вычислить вес W в Ньютонах, нужно умножить массу m в килограммах на g: W = мг. Чтобы получить массу из веса, вы разделите вес на г: m = Вт / г. Метрическая шкала использует это уравнение, чтобы дать вам массу, хотя внутренняя работа шкалы реагирует на силу.
С детьми полезно поговорить о весе на другой планете, на Луне или астероиде. Значение g другое, но принцип тот же. Однако формулы применимы только вблизи поверхности, где ускорение свободного падения не сильно зависит от местоположения. Вдали от поверхности вам нужно использовать формулу Ньютона для силы тяжести между двумя удаленными объектами. Однако мы не называем эту силу весом.
Законы движения Ньютона
Первый закон движения Ньютона гласит, что объекты в состоянии покоя имеют тенденцию оставаться в покое, в то время как объекты в движении имеют тенденцию оставаться в движении. Второй закон Ньютона гласит, что ускорение a объекта равно действующей на него действующей силе F, деленной на его массу: a = F / m. Ускорение - это изменение движения, поэтому, чтобы изменить состояние движения объекта, вы прикладываете силу. Инерция или масса объекта сопротивляется изменению.
Поскольку ускорение - это свойство движения, не имеющее значения, вы можете измерить его, не беспокоясь о силе или массе. Предположим, вы прикладываете известную механическую силу к объекту, измеряете его ускорение и на основе этого рассчитываете его массу. Это инертная масса объекта. Затем вы устраиваете ситуацию, в которой единственной силой, действующей на объект, является гравитация, и снова измеряете его ускорение и вычисляете его массу. Это называется гравитационной массой объекта.
Физики давно задаются вопросом, действительно ли гравитационная и инертная масса идентичны. Идея, что они идентичны, называется принципом эквивалентности и имеет важные последствия для законов физики. На протяжении сотен лет физики проводили чувствительные эксперименты, чтобы проверить принцип эквивалентности. По состоянию на 2008 год лучшие эксперименты подтвердили это с точностью до одной десятой триллиона.
