Massa och vikt är lätta att förvirra. Skillnaden är mer än något som plågar elever som gör läxor - det ligger i framkant av vetenskapen. Du kan hjälpa barn att förstå detta genom att gå igenom enheter och genom att diskutera gravitationen, var massan kommer ifrån och hur massa och vikt verkar i olika situationer.
Mass kontra vikt
En viktig skillnad mellan massa och vikt är att vikt är en kraft medan massa inte är. En enkel viktdefinition för barn är: vikt avser den tyngdkraft som gäller för ett objekt. En enkel massdefinition för barn är: massa återspeglar mängden materia (dvs. elektroner, protoner och neutroner) som ett objekt innehåller. Vi kan placera en skala på månen och väga ett föremål där. Tyngden kommer att vara annorlunda eftersom tyngdkraften är annorlunda. Men massan kommer att vara densamma.
Några massexempel för barn kan innehålla olika mängder lera; när bitar av lera avlägsnas minskar föremålets massa. Massan kan läggas till en annan lerkula, vilket ökar dess massa.
I USA mäter hushålls- och kommersiella vågar vikt i pund, ett mått på kraft medan de är i nästan alla andra länder i världen mäter skalorna i metriska enheter, såsom gram eller kg (1000 gram). Även om du kanske säger att något ”väger” 10 kilo, talar du faktiskt om dess massa, inte vikt. I vetenskapen mäts vikt i Newton, kraftenheten, men den används inte i vardagen.
Vikt: kraft på grund av tyngdkraft
Vikt är den kraft med vilken tyngdkraften verkar på ett objekt. För att konvertera mellan massa och vikt använder du värdet för gravitationell acceleration g = 9,81 meter per sekund i kvadrat. För att beräkna vikten, W, i ton, multiplicerar du massan, m, i kg gånger g: W = mg. För att få massa från vikt delar du vikten med g: m = W / g. En metrisk skala använder den ekvationen för att ge dig en massa, även om skalens inre funktion svarar på kraft.
Med barn är det bra att prata om vikt på en annan planet, månen eller en asteroid. Värdet på g är annorlunda, men principen är densamma. Formlerna gäller emellertid bara nära ytan, där gravitationsacceleration inte förändras mycket med plats. Långt ifrån ytan måste du använda Newtons formel för gravitationskraften mellan två avlägsna objekt. Vi kallar dock inte denna kraft som vikt.
Newtons lagar om rörelse
Newtons första rörelselag säger att föremål i vila tenderar att stanna i vila, medan föremål i rörelse tenderar att stanna i rörelse. Newtons andra lag säger att accelerationen, a, för ett objekt är lika med nettokraften på det, F, dividerat med dess massa: a = F / m. En acceleration är en förändring i rörelse, så för att ändra ett objekts rörelsestillstånd använder du en kraft. Trögheten eller massan av ett objekt motstår förändringen.
Eftersom acceleration är en rörelseegenskap, inte materia, kan du mäta den utan att oroa dig för kraft eller massa. Antag att du använder en känd mekanisk kraft på ett objekt, mäter dess acceleration och beräknar dess massa utifrån det. Detta är objektets tröghetsmassa. Du ordnar sedan en situation där objektets enda kraft är tyngdkraften och återigen mäter dess acceleration och beräknar dess massa. Detta kallas föremålets gravitationella massa.
Fysiker har länge undrat om gravitationell och tröghetsmassa verkligen är identisk. Tanken att de är identiska kallas ekvivalensprincipen och har viktiga konsekvenser för fysikens lagar. I hundratals år har fysiker utfört känsliga experiment för att testa ekvivalensprincipen. Från och med 2008 hade de bästa experimenten bekräftat det till en del på 10 biljoner.