Kütle ve ağırlığı karıştırmak kolaydır. Aradaki fark, öğrencileri ödev yaparken rahatsız eden bir şeyden daha fazlasıdır - bilimin ön saflarında yer alır. Birimleri gözden geçirerek ve yerçekimi, kütlenin nereden geldiğini ve kütle ile ağırlığın farklı durumlarda nasıl hareket ettiğini tartışarak çocukların bunu anlamalarına yardımcı olabilirsiniz.
Ağırlığa Karşı Kütle
Kütle ve ağırlık arasındaki önemli bir fark, kütle olmadığı halde ağırlığın bir kuvvet olmasıdır. Çocuklar için basit bir ağırlık tanımı şudur: ağırlık, bir nesneye uygulanan yerçekimi kuvveti anlamına gelir. Çocuklar için basit bir kütle tanımı şudur: kütle, bir nesnenin içerdiği madde miktarını (yani elektronlar, protonlar ve nötronlar) yansıtır. Ay'a bir ölçek yerleştirebilir ve orada bir nesneyi tartabiliriz. Ağırlık farklı olacaktır çünkü yerçekimi kuvveti farklıdır. Ama kütle aynı olacak.
Çocuklar için bazı kitle örnekleri farklı miktarlarda kil içerebilir; kil parçaları çıkarıldığında cismin kütlesi azalır. Kütle, kütlesini artırarak başka bir kil topuna eklenebilir.
Amerika Birleşik Devletleri'nde, ev ve ticari teraziler, bir kuvvet ölçüsü olan pound cinsinden ağırlığı ölçer. Dünyadaki hemen hemen her ülkede, ölçekler gram veya kilogram (1.000) gibi metrik birimlerle ölçülür. gram). Bir şeyin 10 kilo "ağır" olduğunu söyleseniz bile, aslında onun ağırlığından değil kütlesinden bahsediyorsunuz. Bilimde ağırlık, kuvvet birimi olan Newton ile ölçülür, ancak bu günlük hayatta kullanılmaz.
Ağırlık: Yerçekimine Bağlı Kuvvet
Ağırlık, yerçekiminin bir cisme etki ettiği kuvvettir. Kütle ve ağırlık arasında dönüşüm yapmak için yerçekimi ivmesi g = 9,81 metre bölü saniye kare değerini kullanırsınız. Newton cinsinden W ağırlığını hesaplamak için, kütle olarak m'yi kilogram olarak g çarpı g: W = mg olarak çarparsınız. Ağırlıktan kütle elde etmek için ağırlığı g'ye bölersiniz: m = W/g. Bir metrik ölçek, size bir kütle vermek için bu denklemi kullanır, ancak ölçeğin iç işleyişi kuvvete tepki verir.
Çocuklarla, başka bir gezegendeki, aydaki veya bir asteroitteki ağırlık hakkında konuşmak yardımcı olur. g'nin değeri farklıdır, ancak ilke aynıdır. Bununla birlikte, formüller yalnızca yerçekimi ivmesinin konumla fazla değişmediği yüzeyin yakınında geçerlidir. Yüzeyden uzakta, iki uzak nesne arasındaki yerçekimi kuvveti için Newton'un formülünü kullanmanız gerekir. Ancak, bu kuvveti ağırlık olarak ifade etmiyoruz.
Newton'un Hareket Kanunları
Newton'un birinci hareket yasası, hareketsiz nesnelerin hareketsiz kalma eğilimindeyken, hareket halindeki nesnelerin hareket halinde kalma eğiliminde olduğunu belirtir. Newton'un ikinci yasası, bir nesnenin ivmesinin, a'nın, üzerindeki net kuvvetin, F'nin kütlesine bölünmesine eşit olduğunu söyler: a = F/m. İvme, harekette bir değişikliktir, bu nedenle bir cismin hareket durumunu değiştirmek için bir kuvvet uygularsınız. Bir nesnenin ataleti veya kütlesi değişime direnir.
İvme, maddenin değil, hareketin bir özelliği olduğundan, kuvvet veya kütle hakkında endişelenmeden ölçebilirsiniz. Bir nesneye bilinen bir mekanik kuvvet uyguladığınızı, ivmesini ölçtüğünüzü ve bundan kütlesini hesapladığınızı varsayalım. Bu, nesnenin eylemsizlik kütlesidir. Daha sonra nesne üzerindeki tek kuvvetin yerçekimi olduğu bir durum düzenlersiniz ve tekrar ivmesini ölçer ve kütlesini hesaplarsınız. Buna cismin yerçekimi kütlesi denir.
Fizikçiler, yerçekimi ve eylemsizlik kütlesinin gerçekten aynı olup olmadığını uzun zamandır merak ediyorlardı. Aynı oldukları fikrine denklik ilkesi denir ve fizik yasaları için önemli sonuçları vardır. Yüzlerce yıldır fizikçiler eşdeğerlik ilkesini test etmek için hassas deneyler yaptılar. 2008 itibariyle, en iyi deneyler bunu 10 trilyonda bir oranında doğrulamıştı.