ความแตกต่างระหว่างมวลและน้ำหนักสำหรับเด็ก

มวลและน้ำหนักสร้างความสับสนได้ง่าย ความแตกต่างเป็นมากกว่าสิ่งที่ทำให้นักเรียนทำการบ้าน เพราะอยู่ในระดับแนวหน้าของวิทยาศาสตร์ คุณสามารถช่วยให้เด็กๆ เข้าใจสิ่งนี้ได้โดยข้ามหน่วยและพูดคุยเรื่องแรงโน้มถ่วง ที่ที่มวลมาจากไหน และมวลและน้ำหนักทำหน้าที่อย่างไรในสถานการณ์ต่างๆ

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างมวลและน้ำหนักคือน้ำหนักเป็นแรงในขณะที่มวลไม่ใช่ คำจำกัดความน้ำหนักอย่างง่ายสำหรับเด็กคือ: น้ำหนักหมายถึงแรงโน้มถ่วงที่ใช้กับวัตถุ คำนิยามมวลอย่างง่ายสำหรับเด็กคือ: มวลสะท้อนถึงปริมาณของสสาร (เช่น อิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอน) ที่วัตถุมีอยู่ เราสามารถวางเครื่องชั่งบนดวงจันทร์และชั่งน้ำหนักวัตถุที่นั่นได้ น้ำหนักจะต่างกันเพราะความแรงของแรงโน้มถ่วงต่างกัน แต่มวลจะเท่าเดิม

ตัวอย่างจำนวนมากสำหรับเด็กอาจรวมถึงดินเหนียวในปริมาณที่แตกต่างกัน เมื่อเอาเศษดินเหนียวออก มวลของวัตถุก็จะลดลง สามารถเพิ่มมวลลงในก้อนดินอีกก้อนหนึ่งเพื่อเพิ่มมวล

ในสหรัฐอเมริกา เครื่องชั่งในครัวเรือนและในเชิงพาณิชย์จะวัดน้ำหนักเป็นปอนด์ ซึ่งเป็นหน่วยวัดของแรง ขณะที่ใน เกือบทุกประเทศในโลก มาตราส่วนวัดเป็นหน่วยเมตริก เช่น กรัมหรือกิโลกรัม (1,000 กรัม) แม้ว่าคุณอาจพูดว่าบางอย่าง "หนัก" 10 กิโลกรัม ที่จริงแล้วคุณกำลังพูดถึงมวลของมัน ไม่ใช่น้ำหนัก ในทางวิทยาศาสตร์ น้ำหนักวัดเป็นนิวตัน ซึ่งเป็นหน่วยของแรง แต่ไม่ได้ใช้ในชีวิตประจำวัน

น้ำหนักคือแรงที่แรงโน้มถ่วงกระทำต่อวัตถุ ในการแปลงระหว่างมวลและน้ำหนัก คุณต้องใช้ค่าความเร่งโน้มถ่วง g = 9.81 เมตรต่อวินาทีกำลังสอง ในการคำนวณน้ำหนัก W ในหน่วยนิวตัน คุณคูณมวล m ในหน่วยกิโลกรัม g: W = mg ในการหามวลจากน้ำหนัก คุณต้องหารน้ำหนักด้วย g: m = W/g มาตราส่วนเมตริกใช้สมการนั้นเพื่อให้ได้มวล แม้ว่าการทำงานภายในของมาตราส่วนจะตอบสนองต่อแรงก็ตาม

กับเด็ก ๆ การพูดเรื่องน้ำหนักบนดาวเคราะห์ดวงอื่น ดวงจันทร์ หรือดาวเคราะห์น้อยจะเป็นประโยชน์ ค่า g ต่างกัน แต่หลักการเหมือนกัน อย่างไรก็ตาม สูตรนี้ใช้ได้เฉพาะใกล้พื้นผิว ซึ่งความเร่งโน้มถ่วงไม่เปลี่ยนแปลงมากนักตามตำแหน่ง คุณต้องใช้สูตรของนิวตันสำหรับแรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุสองชิ้นที่อยู่ห่างไกลจากพื้นผิว อย่างไรก็ตาม เราไม่ได้เรียกแรงนี้ว่าเป็นน้ำหนัก

กฎการเคลื่อนที่ข้อที่หนึ่งของนิวตันระบุว่าวัตถุที่อยู่นิ่งมักจะหยุดนิ่ง ในขณะที่วัตถุที่เคลื่อนที่มักจะเคลื่อนที่ กฎข้อที่สองของนิวตันกล่าวว่าความเร่ง a ของวัตถุมีค่าเท่ากับแรงสุทธิของวัตถุนั้น F หารด้วยมวลของวัตถุ a = F/m ความเร่งคือการเปลี่ยนแปลงของการเคลื่อนที่ ดังนั้นในการเปลี่ยนสถานะการเคลื่อนที่ของวัตถุ คุณจะต้องใช้แรง ความเฉื่อยหรือมวลของวัตถุต้านทานการเปลี่ยนแปลง

เนื่องจากความเร่งเป็นคุณสมบัติของการเคลื่อนที่ ไม่ว่าคุณจะวัดค่าความเร่งได้โดยไม่ต้องกังวลเรื่องแรงหรือมวล สมมติว่าคุณใช้แรงเชิงกลที่ทราบบนวัตถุ วัดความเร่ง จากนั้นคำนวณมวลของวัตถุ นี่คือมวลเฉื่อยของวัตถุ จากนั้นคุณจัดสถานการณ์ที่แรงเดียวบนวัตถุคือแรงโน้มถ่วง จากนั้นวัดความเร่งและคำนวณมวลอีกครั้ง นี่เรียกว่ามวลโน้มถ่วงของวัตถุ

นักฟิสิกส์สงสัยมานานแล้วว่ามวลโน้มถ่วงและมวลเฉื่อยเหมือนกันจริงหรือไม่ แนวคิดที่ว่าเหมือนกันทุกประการเรียกว่าหลักการสมมูล และมีผลที่ตามมาที่สำคัญสำหรับกฎฟิสิกส์ นักฟิสิกส์ได้ทำการทดลองที่ละเอียดอ่อนเพื่อทดสอบหลักการสมมูลมาเป็นเวลาหลายร้อยปี ในปี 2008 การทดลองที่ดีที่สุดได้ยืนยันแล้วว่าเป็นส่วนหนึ่งของ 10 ล้านล้าน