Hmotnosť a hmotnosť sa dajú ľahko zameniť. Rozdiel je viac ako niečo, čo študentov trápi pri domácich úlohách - je to v popredí vedy. Môžete deťom pomôcť porozumieť tomu tým, že prejdete jednotky a budete diskutovať o gravitácii, odkiaľ hmota pochádza a ako hmota a váha pôsobia v rôznych situáciách.
Hmotnosť verzus váha
Dôležitým rozdielom medzi hmotnosťou a hmotnosťou je, že hmotnosť je sila, zatiaľ čo hmotnosť nie. Jednoduchá definícia hmotnosti pre deti je: hmotnosť sa vzťahuje na silovú gravitáciu použitú na objekt. Jednoduchá masová definícia pre deti je: hmotnosť odráža množstvo hmoty (t. J. Elektrónov, protónov a neutrónov), ktoré objekt obsahuje. Môžeme umiestniť váhu na Mesiac a odvážiť tam nejaký predmet. Hmotnosť bude iná, pretože sila gravitácie je iná. Ale hmota bude rovnaká.
Niektoré hromadné príklady pre deti by mohli obsahovať rôzne množstvá hliny; s odstránením kúskov hliny sa hmotnosť predmetu zmenšuje. Hmotu je možné pridať do ďalšej hlinenej gule, čím sa zvýši jej hmotnosť.
V USA merajú domáce a obchodné váhy hmotnosť v librách, čo je sila, zatiaľ čo v takmer v každej inej krajine na svete sa váhy merajú v metrických jednotkách, napríklad v gramoch alebo kilogramoch (1 000 gramov). Aj keď by ste mohli povedať, že niečo „váži“ 10 kilogramov, v skutočnosti hovoríte o jeho hmotnosti, nie o hmotnosti. Vo vede sa váha meria v newtonoch, jednotke sily, ale v bežnom živote sa to nepoužíva.
Hmotnosť: sila spôsobená gravitáciou
Váha je sila, ktorou gravitácia pôsobí na predmet. Na prevod medzi hmotnosťou a hmotnosťou použijete hodnotu pre gravitačné zrýchlenie g = 9,81 metra za sekundu na druhú. Na výpočet hmotnosti W v Newtonoch vynásobíte hmotnosť m v kilogramoch krát g: W = mg. Ak chcete získať hmotnosť z hmotnosti, vydeľte hmotnosť g: m = W / g. Metrická stupnica používa túto rovnicu na získanie hmotnosti, hoci jej vnútorné fungovanie reaguje na silu.
S deťmi je užitočné rozprávať sa o váhe na inej planéte, mesiaci alebo asteroide. Hodnota g je iná, ale princíp je rovnaký. Vzorce však platia iba v blízkosti povrchu, kde sa gravitačné zrýchlenie s umiestnením príliš nemení. Ďaleko od povrchu musíte použiť Newtonov vzorec pre gravitačnú silu medzi dvoma vzdialenými objektmi. Túto silu však nehovoríme ako váhu.
Newtonove zákony pohybu
Prvý Newtonov pohybový zákon hovorí, že objekty v pokoji majú tendenciu zostať v pokoji, zatiaľ čo objekty v pohybe majú tendenciu zostať v pohybe. Newtonov druhý zákon hovorí, že zrýchlenie objektu a sa rovná čistej sile na neho, F, vydelenej jeho hmotou: a = F / m. Zrýchlenie je zmena pohybu, takže na zmenu stavu pohybu objektu použijete silu. Zotrvačnosť alebo hmotnosť objektu odoláva zmene.
Pretože zrýchlenie je vlastnosťou pohybu, nie hmoty, môžete ho merať bez obáv o silu alebo hmotnosť. Predpokladajme, že na objekt použijete známu mechanickú silu, zmeriate jeho zrýchlenie a z toho vypočítate jeho hmotnosť. Toto je zotrvačná hmotnosť objektu. Potom usporiadate situáciu, v ktorej je jedinou silou na objekt gravitácia, a znova zmerajte jeho zrýchlenie a vypočítajte jeho hmotnosť. Toto sa nazýva gravitačná hmotnosť objektu.
Fyzici si dlho kladú otázku, či sú gravitačná a zotrvačná hmotnosť skutočne identické. Myšlienka ich totožnosti sa nazýva princíp ekvivalencie a má dôležité dôsledky pre zákony fyziky. Po stovky rokov fyzici uskutočňovali citlivé experimenty, aby otestovali princíp ekvivalencie. Od roku 2008 to najlepšie experimenty potvrdili na jednu časť z 10 biliónov.