Масу і вагу легко сплутати. Різниця більше, ніж те, що мучить учнів, які виконують домашні завдання, - це на передньому краї науки. Ви можете допомогти дітям зрозуміти це, переглядаючи одиниці виміру та обговорюючи гравітацію, звідки береться маса та як маса і вага діють у різних ситуаціях.
Маса проти ваги
Важливою відмінністю маси від ваги є те, що вага - це сила, а маса - ні. Просте визначення ваги для дітей таке: вага стосується сили тяжіння, що застосовується до предмета. Просте визначення маси для дітей: маса відображає кількість речовини (тобто електронів, протонів та нейтронів), що міститься в об’єкті. Ми можемо розмістити на Місяці вагу і зважити там предмет. Вага буде іншим, оскільки сила тяжіння різна. Але маса буде такою ж.
Деякі масові приклади для дітей можуть включати різну кількість глини; у міру видалення шматочків глини маса предмета зменшується. Масу можна додати до іншої кульки глини, збільшуючи її масу.
У Сполучених Штатах побутові та комерційні ваги вимірюють вагу у фунтах - міру сили, тоді як у майже в усіх інших країнах світу ваги вимірюються в метричних одиницях, таких як грами або кілограми (1000 грамів). Хоча ви можете сказати, що щось «важить» 10 кілограмів, ви насправді говорите про його масу, а не про вагу. У науці вага вимірюється в ньютонах, одиниці сили, але це не використовується в повсякденному житті.
Вага: сила, зумовлена силою тяжіння
Вага - це сила дії сили тяжіння на предмет. Для перетворення маси та ваги використовується значення гравітаційного прискорення g = 9,81 метра в секунду в квадраті. Для обчислення ваги, Вт, в ньютонах, ви помножуєте масу, м, у кілограмах на g: W = мг. Щоб отримати масу з ваги, ви ділите вагу на g: m = W / g. Метрична шкала використовує це рівняння, щоб надати вам масу, хоча внутрішня робота шкали реагує на силу.
З дітьми корисно поговорити про вагу на іншій планеті, Місяці чи астероїді. Значення g різне, але принцип однаковий. Однак формули застосовуються лише біля поверхні, де гравітаційне прискорення мало змінюється залежно від місця розташування. Далеко від поверхні потрібно використовувати формулу Ньютона для сили тяжіння між двома віддаленими об’єктами. Однак ми не називаємо цю силу вагою.
Закони руху Ньютона
Перший закон руху Ньютона стверджує, що предмети, що перебувають у стані спокою, як правило, залишаються в стані спокою, тоді як об’єкти, що перебувають у русі, як правило, залишаються в русі. Другий закон Ньютона говорить, що прискорення, a, об’єкта дорівнює чистій силі на ньому F, поділеній на масу: a = F / m. Прискорення - це зміна руху, тому для зміни стану руху об’єкта ви застосовуєте силу. Інерція або маса об’єкта протистоїть змінам.
Оскільки прискорення є властивістю руху, а не матерії, ви можете виміряти його, не турбуючись про силу чи масу. Припустимо, ви застосовуєте відому механічну силу до предмета, вимірюєте його прискорення і з цього обчислюєте його масу. Це інерційна маса об’єкта. Потім ви влаштовуєте ситуацію, коли єдиною силою на об’єкт є сила тяжіння, і знову вимірюєте його прискорення і обчислюєте його масу. Це називається гравітаційною масою об’єкта.
Фізики вже давно задаються питанням, чи дійсно гравітаційна та інерційна маса ідентичні. Думка про їх тотожність називається принципом еквівалентності і має важливі наслідки для законів фізики. Протягом сотень років фізики проводили чутливі експерименти, щоб перевірити принцип еквівалентності. Станом на 2008 рік, найкращі експерименти підтвердили це на одну частину з 10 трильйонів.