При движении тела его скорость может изменяться по модулю и направлению. Это означает, что тело двигается с некоторым ускорением . В кинематике не ставится вопрос о физической причине, вызвавшей ускорение движения тела. Как показывает опыт, любое изменение скорости тела возникает под влиянием других тел. Динамика рассматривает действие одних тел на другие как причину, определяющую характер движения тел.
Взаимодействием тел принято называть взаимное влияние тел на движение каждого из них.
Раздел механики, изучающий законы взаимодействия тел, называется динамикой.
Законы динамики были открыты в 1687 г. великим ученым Исааком Ньютоном. Сформулированные им закона динамики лежат в основе так называемой классической механики. Законы Ньютона следует рассматривать как обобщение опытных фактов. Выводы классической механики справедливы только при движении тел с малыми скоростями, значительно меньшими скорости света c .
Самой простой механической системой является изолированное тело , на которое не действуют никакие тела. Так как движение и покой относительны, в различных системах отсчета движение изолированного тела будет разным. В одной системе отсчета тело может находиться в покое или двигаться с постоянной скоростью, в другой системе это же тело может двигаться с ускорением.
Первый закон Ньютона (или закон инерции ) из всего многообразия систем отсчета выделяет класс так называемых инерциальных систем .
В инерциальной системе отсчета тело движется равномерно и прямолинейно при отсутствии действующих на него сил.
Существуют такие системы отсчета, относительно которых изолированные поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость неизменной по модулю и направлению.
Свойство тел сохранять свою скорость при отсутствии действия на него других тел называется инерцией . Поэтому первый закон Ньютона называют законом инерции .
Впервые закон инерции был сформулирован Галилео Галилеем (1632 г.). Ньютон обобщил выводы Галилея и включил их в число основных законов движения.
В механике Ньютона законы взаимодействия тел формулируются для класса инерциальных систем отсчета.
При описании движения тел вблизи поверхности Земли системы отсчета, связанные с Землей, приближенно можно считать инерциальными. Однако, при повышении точности экспериментов, обнаруживаются отклонения от закона инерции, обусловленные вращением Земли вокруг своей оси.
Примером тонкого механического эксперимента, в котором проявляется неинерциальность системы, связанной с Землей, служит поведение маятника Фуко . Так называется массивный шар, подвешенный на достаточно длинной нити и совершающий малые колебания около положения равновесия. Если бы система, связанная с Землей, была инерциальной, плоскость качаний маятника Фуко относительно Земли оставалась бы неизменной. На самом деле плоскость качаний маятника вследствие вращения Земли поворачивается, и проекция траектории маятника на поверхность Земли имеет вид розетки (рис. 1.7.1).
С высокой степенью точности инерциальной является гелиоцентрическая система отсчета (или система Коперника), начало которой помещено в центр Солнца, а оси направлены на далекие звезды. Эту систему использовал Ньютон при формулировании закона всемирного тяготения (1682 г.).
Инерциальных систем существует бесконечное множество. Система отсчета, связанная с поездом, идущим с постоянной скоростью по прямолинейному участку пути, - тоже инерциальная система (приближенно), как и система, связанная с Землей. Все инерциальные системы отсчета образуют класс систем, которые движутся друг относительно друга равномерно и прямолинейно. Ускорения какого-либо тела в разных инерциальных системах одинаковы (см 1.2).
Итак, причиной изменения скорости движения тела в инерциальной системе отсчета всегда является его взаимодействие с другими телами. Для количественного описания движения тела под воздействием других тел необходимо ввести две новые физические величины - инертную массу тела и силу .
Масса - это свойство тела, характеризующее его инертность. При одинаковом воздействии со стороны окружающих тел одно тело может быстро изменять свою скорость, а другое в тех же условиях - значительно медленнее. Принято говорить, что второе из этих двух тел обладает большей инертностью, или, другими словами, второе тело обладает большей массой.
Если два тела взаимодействуют друг с другом, то в результате изменяется скорость обоих тел, т. е. в процессе взаимодействия оба тела приобретают ускорения. Отношение ускорений двух данных тел оказывается постоянным при любых воздействиях. В физике принято, что массы взаимодействующих тел обратно пропорциональны ускорениям, приобретаемым телами в результате их взаимодействия.
В этом соотношении величины и следует рассматривать как проекции векторов и на ось OX (рис. 1.7.2). Знак «минус» в правой части формулы означает, что ускорения взаимодействующих тел направлены в противоположные стороны.
В Международной системе единиц (СИ) масса тела измеряется в килограммах (кг) .
Масса любого тела может быть определена на опыте путем сравнения с массой эталона (m эт = 1 кг). Пусть m 1 = m эт = 1 кг. Тогда
Масса тела - скалярная величина . Опыт показывает, что если два тела с массами m 1 и m 2 соединить в одно, то масса m составного тела оказывается равной сумме масс m 1 и m 2 этих тел:
M=m 1 +m 2
Это свойство масс называют аддитивностью .
Сила - это количественная мера взаимодействия тел. Сила является причиной изменения скорости тела. В механике Ньютона силы могут иметь различную физическую природу: сила трения, сила тяжести, упругая сила и т. д. Сила является векторной величиной, имеет модуль, направление и точку приложения .
Векторная сумма всех сил, действующих на тело, называется равнодействующей силой .
Для измерения сил необходимо установить эталон силы и способ сравнения других сил с этим эталоном.
В качестве эталона силы можно взять пружину, растянутую до некоторой заданной длины. Модуль силы F 0 , с которой эта пружина при фиксированном растяжении действует на прикрепленное к ней тело, называют эталоном силы . Способ сравнения других сил с эталоном состоит в следующем: если тело под действием измеряемой силы и эталонной силы остается в покое (или движется равномерно и прямолинейно), то силы равны по модулю F = F 0 (рис. 1.7.3).
Если измеряемая сила F больше (по модулю) эталонной силы, то можно соединить две эталонные пружины параллельно (рис. 1.7.4). В этом случае измеряемая сила равна 2F 0 . Аналогично могут быть измерены силы 3F 0 , 4F 0 и т. д.
Измерение сил, меньших 2F 0 , может быть выполнено по схеме, показанной на рис. 1.7.5.
Эталонная сила в Международной системе единиц называется Ньютон(Н).
Сила в 1 Н сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с 2
Размерность [Н]
На практике нет необходимости все измеряемые силы сравнивать с эталоном. Для измерения сил используют пружины, откалиброванные описанным выше способом. Такие откалиброванные пружины называются динамометрами . Сила измеряется по растяжению динамометра (рис. 1.7.6).
мера инертности (см. Инерция) и гравитационных (см. Гравитация) свойств тел. От массы тела зависят: ускорения, которые приобретаются телом под действием разных сил и 2) силы гравитационного воздействия (притяжения) на данное тело со стороны других тел.
Отличное определение
Неполное определение ↓
МАССЫ
термин, обозначающий широкие круги населения. Он употребляется в двух более или менее явно выраженных противоположных смыслах: 1) в положительном, когда массы фактически отождествляются с народом (««народные массы»); 2) в отрицательном смысле, когда массы противопоставляются творческому меньшинству (в некоторых случаях – «элите»). Следует отличать понятие «масса» от понятия «толпа»: второе может иметь специальный социально-психологический смысл (случайное собрание людей, охваченных одними, чаще всего разрушительными, негативными эмоциями) либо использоваться в социальной философии как метафора («темная масса», т. е. Необразованная, стихийно действующая) .
Отличное определение
Неполное определение ↓
1)в естественнонаучном смысле количество вещества, содержащегося в теле; сопротивление тела изменению своего движения (инерция) называют инертной массой; физической единицей массы является инертная масса 1 см3 воды, что составляет 1 г (грамм массы). Каждое тело обладает также тяжелой массой, которая количественно соответствует инертной массе и которая определяет явление гравитации; см. также Энергия, Поля теория; 2) в социологическом смысле группа людей, внутри которой индивиды до известной степени теряют свою индивидуальность и благодаря взаимному влиянию приобретают схожие чувства, инстинкты, побуждения, волевые движения (см. Коллектив). Массы образуются под давлением экономической или духовной необходимости ("омассовление" индивидов). Образуется и действует масса в соответствии с закономерностью, изучение которой является задачей психологии масс и социологии. Буржуазное общество уже примерно с сер. 19 в., вследствие все более быстрого роста населения, стало приходить к убеждению, что оно преобразуется в общество масс. Эту форму общества многие социологи считали единственно возможной для европейской (т.е. для "современной") сферы цивилизации. Для такого общества характерны: массовая потребность в материальных и культурных благах и соответствующее массовое потребление, которое должно направляться частично техническим коллективом, частично государством (которое со своей стороны принимает характер организации масс). Это развитие ведет "в своем конечном результате к прогрессирующей всеобщей механизации, автоматизации и распределению функций во всех областях жизни, к законченной функциональной системе, состоящей из вещной аппаратуры и человеческих носителей этих функций. Все воспринятые под этим углом зрения явления (т.е. экономические, социальные и культурные) в возрастающей степени принимают характер чего-то субстанционально-опустошенного, в ценностном отношении нейтрального, короче говоря - чисто функциональный характер. Эти явления, т.о., выступают в жизни современного общества только в качестве функций др. функций, в совершенно определенных связях и процессах. Но они уже не обладают своей собственной, автономной силой воздействия и способностью самостоятельно формировать др. явления.
Отличное определение
Неполное определение ↓
от лат. massa – глыба, масса) – мера инертных и гравитац. свойств материальных объектов. Филос. значение понятия М. определяется его тесной связью с категориями материи, движения, пространства и времени. Исторически понятие М. формировалось в связи с понятием материи, ее меры и движения. Поиски меры материи связаны с определ. идеями о ее структуре и сохранении. Античный атомизм трактовал принцип неуничтожимости и несотворимости материи как сохранение неделимых, вечно существующих атомов. Опираясь на идеи атомизма, Ньютон ввел понятие М., или количества материи, как меры таковой, пропорциональной плотности и объему тела. Задача определения М. тела в принципе сводится здесь к тому или иному способу счета неделимых частиц материи в единице объема. Поиски законов движения материи вели к открытию фундаментальных свойств материальных объектов. Тела отличаются друг от друга не только числом частиц (количество материи), но, в частности, и свойством и н е р ц и и. Инерция трактовалась в классич. физике как свойство – атрибут, присущий атому и, следовательно, макроскопич. телу, составленному из этих атомов. М. как число атомов в данном теле естественно выступала как мера инерции тела. Инерция рассматривалась как косность материи, как ее полная пассивность по отношению к движению. Принцип инерции позволил придать понятию M. форму физич. величины, измеряемой в эксперименте. Понятие М. формировалось и в связи с исследованием гравитационных взаимодействий. Понятие гравитационной М. по своему содержанию не зависимо от понятия инертной М. Проблема состоит в том, чтобы выяснить, откуда и на каких основаниях было введено в закон тяготения понятие гравитационной М. Инертная и гравитационная М. пропорциональны, а при соответств. выборе единиц равны. На этом основании можно было бы считать, как иногда допускается, что понятие M. берется из второго закона Ньютона Однако такое решение вопроса логически несостоятельно, ибо сама возможность пропорциональности инертной и гравитационной М. реализуется только тогда, когда введено понятие гравитационной М. В силу этого понятие гравитационной М. могло быть введено только на основаниях, лежащих вне системы механич. понятий. И действительно, открытию законов механич. движения предшествовало открытие закона тяготения. Заслуга Ньютона заключалась именно в том, что он смело ввел понятие М., опираясь на атомистич. идеи. Формирование понятия М. способствовало открытию закона тяготения: Т.о., понятие М. уже в классич. физике складывается из трех структурных элементов общего понятия - М. как число материальных частиц, М. гравитационная и М. инертная. Каждый из них имеет относительно независимое содержание. Их связь физически проявляется в упомянутой пропорциональности гравитационной и инертной М. В общей теории относительности пропорциональность инертной и гравитационной М. послужила исходным принципом (принцип эквивалентности) в построении совр. теории гравитации. Эта пропорциональность, в свою очередь, может быть понята в свете данных совр. науки на основе единства пространства и времени. Гравитация, согласно теории относительности, взаимосвязана с геометрич. свойствами пространства. Инертная М., в свою очередь, оказывается в тесной связи со временем. Глубокая связь пространства и времени может служить теоретич. объяснением родства инертной и гравитационной М. Развитие понятия М. определялось в процессе познания развитием научных знаний о видах материи и ее структуре. Исследование электромагнитных явлений привело к открытию нового вида материи – электромагнитного поля. Совр. физика позволяет рассматривать и другого рода поля как материальные объекты. В связи с исследованием движения электрич. заряженных частиц в электромагнитном поле возникла необходимость ввести понятие электромагнитной М. При этом оказалось, что электромагнитная М., напр., электрона изменяется в зависимости от скорости его движения. Это изменение электромагнитной М. открывало возможность объяснить инерцию на пути исследования электромагнитных процессов. Предполагалось, что у электрона остается механич. неизменная М. наряду с электромагнитной М., обусловленной его электрич. зарядом. При этом фактич. зависимость суммарных инертных свойств электрона экспериментально, как полагали, не должна совпадать с законом изменения одной только электромагнитной М., ибо электромагнитная М. – величина изменяющаяся, а механич. М. электрона считалась в то время неизменной. Но в экспериментах, поставленных в начале века, электроны вели себя так, словно их М. имеет целиком полевую природу. Это послужило основанием для заявлений о полном сведении М. электрона к электромагнитной М. А т.к. с понятием неизменной М. в классич. смысле связывалось представление о материи, то обнаруженные факты дали повод говорить о сведении материи к электричеству. В дальнейшем, однако, выяснилось, что сущность М. электрона, как и др. частиц, не исчерпывается электромагнитной природой. Это следовало уже из теории относительности. Эйнштейн открыл общий закон изменения М. со скоростью движения, применимый для любых частиц, обладающих собств. М., вне зависимости от наличия или отсутствия у них электрич. заряда. Этот закон по математич. форме совпадает с законом зависимости электромагнитной М. от скорости движения. Из него следует, что поскольку закон зависимости массы электрона один и тот же как для механич., так и для электромагнитной М., то вывод, что М. электрона имеет исключительно электромагнитную природу, нельзя считать достоверным. Совр. квантовая теория полей показывает, что не только электромагнитное поле, но и поля другой природы вносят нек-рый вклад в полную М. частицы; однако она не дает оценки относит. вклада тех или иных полей в М. частицы. Вопрос о природе М. в этом смысле остается нерешенной проблемой. Общий закон зависимости М. от скорости движения указывает на глубокую связь М. с энергией. Известно, что чем больше скорость тела, тем больше кинетич. энергия и вместе с тем, как это следует из закона зависимости М. от скорости, тем больше М. тела. В силу закона взаимосвязи М. и энергии (Е=mс2) М. оказывается не только мерой инерции и гравитации, но может выступать и как мера энергии. Закон изменения М. тела со скоростью его движения и закон взаимосвязи М. и энергии внесли изменение в понятие М. и в др. отношении. Существуют частицы, имеющие М. покоя, или собств. М. При движении этих частиц с нек-рой скоростью у них возникает дополнит. М., к-рая при приближении этой скорости к скорости света неограниченно возрастает. Общая М. таких частиц складывается из этих двух родов масс. М. частицы в системе, связанной с самой частицей, будет иметь вполне определ. фиксиров. значение. Это и будет собств. М. частицы, являющаяся ее специфич. характеристикой, отличающей данную частицу от других. Но т.к. частицы движутся по отношению к др. системам, то они вместе с тем обладают еще и динамич. массой. М. покоя инвариантна по отношению к пространств. перемещениям частицы как чего-то целого, в то время как динамич. масса – изменяющаяся в этом отношении величина. Однако М. покоя – не абсолютно неизменная величина. Она неинвариантна по отношению к структурным изменениям материи. Если частицы с определ. собств. М. входят как часть в целое структурное образование, то собств. М. этого целого не равна простой сумме собств. М. частиц, составляющих это целое. Ядро имеет вполне определ. по величине собств. М., к-рая, однако, не равна сумме собств. М. составляющих его частей – протонов и нейтронов. Это изменение собств. М. получило название дефекта М. Таким образом, М. покоя оказывается изменяющейся величиной и величина этого изменения служит характеристикой структурных связей элементарных частиц, образующих более сложные устойчивые дискретные единицы материи – ядра, ионы, атомы, молекулы. Величина дефекта М. может быть выражена через величину энергии. Это обстоятельство служит порой поводом к тому, чтобы явление дефекта М. описывать как явление превращения М. или даже материи в энергию. Эти утверждения противоречат фактич. содержанию понятий M. и энергии. Такой вывод можно было бы сделать лишь в том случае, если, во-первых, под М. понимать только М. покоя и, во-вторых, если рассматривать энергию ядерных реакций вне связи с М., как чистую энергию. Обнаружение изменчивости динамич. М. со скоростью движения, выяснение изменчивости собств. М. в связи со структурными изменениями материи не отменяет общего понятия М., но выявляет лишь сложный состав этого понятия. Подобно тому, как общее понятие энергии предполагает специфич. формы ее проявления, общее понятие М. также может проявляться в специфич. формах. Если при этом учитывать закон взаимосвязи М. и энергии, то неизбежен вывод, что не существует чистой энергии как таковой. Энергия в любой форме всегда связана с соответств. типом М. В силу этого нет логич. оснований утверждать, что M., a тем более материя, может превращаться в энергию. М. и энергия – два взаимосвязанных, не отделимых друг от друга свойства материальных объектов. В свете совр. атомистики М. уже не может рассматриваться как количество материи, ибо элементарные частицы не являются неизменными структурными элементами материи, как это представлялось в классич. атомизме. Можно говорить лишь о различных аспектах единого понятия М. – структурном, инерционном, гравитационном. М. может выступать в качестве меры инерции и гравитации в силу того, что она подчиняется соответствующему закону сохранения. При этом закон сохранения М. может выполняться лишь для полной М., включающей в себя все специфич. типы М. – М. покоя, динамич. М. и М., соответствующую дефекту М. в ядерных реакциях. Дефект может реализоваться либо в форме динамич. М., либо в форме М. квантов поля, напр. М. фотонов. В силу этого можно говорить о законе сохранения и превращения массы. Т.к. М. выступает как мера фундаментальных свойств материи – инерции и гравитации, а энергия есть мера движения, в законе взаимосвязи M. и энергии проявляется неразрывность материи и движения. Лит.: Энгельс Ф., Диалектика природы, М., 1955; Ленин В. И., Материализм и эмпириокритицизм, Соч., 4 изд., т. 14; Max Э., Механика, [СПБ ], 1909; Эйнштейн?., Зависит ли инерция тела от содержащейся в нем энергии, в кн.: Принцип относительности. Сб. работ классиков релятивизма, М.–Л., 1935; Ньютон И., Матем. начала натуральной философии, в кн.: Крылов А. Н., Собр. трудов, т. 7, М., 1936; Декарт Р., Начала философии, Избр. произв., [М. ], 1950; Ломоносов М., [Письмо ] Л. Эйлеру, Избр. филос. произв., [М. ], 1950; Усп. физич. наук, т. 48, вып. 2, 1952; Лоренц Г. ?., Теория электронов, пер. с англ., 2 изд., М., 1956; Овчинников?. ?., Понятия массы и энергии в их историч. развитии и филос. значении, М., 1957; Павлов А. И., О количественной определенности материи физ. объектов, в сб.: Уч. зап. Череповец. пед. ин-та, т. 2, [Вологда ], 1959; Jammer M., Concepts of mass in classical and modern physics, Camb. (Mass.), 1961. H. Овчинников. Москва.
Попробуем внести некоторую ясность в туманный вопрос – что же такое масса тела?
Отбросим древнюю и нередко имеющую место в наше время идентификацию массы тела и ее веса – все-таки мы уже люди умные и знаем, что вес – это всего лишь сила. Сила, с которой любое материальное тело притягивается к Земле-матушке или какой-нибудь другой планете, звезде и прочему мега телу, близ поверхности которого находится рассматриваемое тело.
Начнем анализировать представление человечества о массе с давних времен.
Термин «масса» придумали, по-видимому, древние домохозяйки, поскольку это слово с древнегреческого «μαζα» переводится, как «кусок теста». Античные ученые под массой подразумевали некоторое количество вещества, содержащегося в физическом теле, не уделяя ей излишнего внимания, считая, что и так все ясно – кусок себе, и кусок.
Подобные определения массы в популярных источниках информации встречаются и по сей день. Особой ясности в вопрос о массе такая терминология не вносит, и только вызывает дополнительные вопросы, – какого-такого количества вещества, и что это за вещество такое?
Первые научные труды, посвященные попытке дать определение понятию массы тел, принадлежат Ньютону, который установил связь между силовым взаимодействием тел и изменением характера движения этих тел, т. е. ускорением. На эти (по тем временам – гениальные) мысли Ньютона навели опыты любознательного итальянца Галилея, который с верхушки Пизанской башни бросал вниз разные предметы, пытаясь опровергнуть многовековое заблуждение человечества о том, что увесистое тело упадет на Землю быстрее, чем более легкое. К удивлению многочисленных зевак, все тела, которые сбрасывал Галилей, приземлялись одновременно.
Ньютон, ознакомившись с опытами Галилея, пошел в размышлениях и выводах дальше – он, в одном из своих знаменитых законов указал, что ускорение, обусловленное действием на тело любой внешней силы, пропорционально величине этой силы.
Т. е. одно и то же тело под действием разных по модулю сил будет ускоряться пропорционально величине (модулю)
этих сил: F = ma
, где m
– и есть коэффициент этой пропорциональности для каждого конкретного тела, называемый его массой.
Ньютон, как и многие его предшественники, не осмелился окончательно разорвать связь между «куском теста» и массой тела, считая массу некоторой мерой количества вещества. Тем не менее, он сделал первые робкие шаги к разрыву между классическими понятиями о массе и материи, указав на нематериальную сторону массы – ее связь с инертностью тел, т. е. их вечным стремлением к покою. А это был уже прогресс в науке.
Итак, Ньютон первым использовал в своих размышлениях два понятия массы: как меры инерции и как источника тяготения, т. е. – гравитации, не отрывая, впрочем, массу от количества вещества в теле. Однако толкование массы как меры «количества материи» все чаще подвергалось критике со стороны физиков, и уже в XIX веке было признано ненаучным, нефизическим и бессодержательным.
Забегая вперед, скажем, что окончательный разрыв между понятиями массы и количеством вещества «юридически» был оформлен в прошлом веке, когда в Международную систему единиц СИ, наряду с семеркой основных и двух дополнительных единиц измерения, ввели единицу измерения количества вещества – моль.
Ошеломляющий переворот в представлении человечества об окружающем мире вызвали открытия очередного гения – Альберта Эйнштейна. Своей теорией относительности он выпустил в понятие массы очередную порцию тумана, опровергнув бытующие догмы о постоянстве массы тел.
Вдруг выяснилось, что масса зависит от скорости тела, при этом материальное тело никогда не может передвигаться с предельной скоростью – скоростью света, иначе его масса станет бесконечно большой. Выводы Эйнштейна наталкивали на мысль о тесной связи массы с энергией тела, и получалось, что весь окружающий нас мир – не что иное, как некоторая форма существования энергии, которая, как известно на сегодняшний день, штука постоянная по величине.
Физикам осталось разобраться лишь с некоторыми неувязками по массе частиц, передвигающихся со скоростью света – фотонов, а также гипотетических глюонов и гравитонов. Ведь, согласно приведенным выше выводам, масса таких частиц должна быть бесконечной, а это уж – ни в какие ворота...
Неподдающийся логике гордиев узел разрубили небрежным взмахом – признали фотоны, глюоны и гравитоны нематериальными частицами, не имеющими массы в обычном понимании.
Дальнейшие размышления в ученой среде о массе привели даже к некоторой классификации этого понятия – различают гравитационную (или пассивную) массу, характеризующую взаимодействие тела с внешними силовыми полями и способность тел создавать такие поля, и инертную массу – характеризующую свойство тел сопротивляться увеличению кинетической энергии.
Если проследить за логикой виднейших умов человечества, то напрашивается вывод о том, что все вокруг нас стремится избавиться от кинетической энергии, то бишь - энергии движения, а значит - и от излишков массы, поскольку со скоростью материальных тел растет и их масса.
В общем - не такая уж простая это вещь - масса тела... По крайней мере - с куском теста ее уж точно не сравнить.
В некоторых источниках информации встречаются термины масса покоя и релятивистская масса, увязывающие эту физическую величину со скоростью движения тела, а также понятие «нулевая масса», которой обладают частицы, перемещающиеся со скоростью света - фотоны, глюоны и гравитоны, объединенные общим названием - люксоны. Люксоны не обладают массой покоя – они могут существовать лишь во время движения.
Можно смело догадываться, что размышления человечества о природе массы тел далеки до логического завершения, поскольку в последние годы появились гипотезы и теории, пытающиеся перечеркнуть все познания человечества о Вселенной. Некоторые из таких теорий полагают, что скорость света не является рубежной – существуют и сверхсветовые скорости. В рамках специальной теории относительности теоретически возможно существование частиц с мнимой массой, так называемых тахионов. Скорость таких частиц должна быть выше скорости света.
Другие гипотезы вводят понятия отрицательной и положительной массы, утверждая, что возможно существование материальных тел или частиц, у которых импульс и энергия движения не совпадают с направлением перемещения в пространстве. Как видите, фантазии ученых безграничны, и какова будет формулировка понятия «масса тела» через десяток-другой лет предсказать невозможно.
Подводя итог статье, можно уверенно указать лишь на неоднозначность таких понятий, как масса, вес и количество вещества в теле.
Ну а окончательный ответ на вопрос – что же такое масса тела – за потомками.
Масса тела
основная механическая величина, определяющая величину ускорения, сообщаемого телу данной силой. М. тел прямо пропорциональны силам, сообщающим им равные ускорения и обратно пропорциональны ускорениям, сообщаемыми им равными силами. Поэтому связь между М. (т),
силой f,
и ускорением a,
можно выразить формулой т. е. М. численно равна отношению между движущей силой и произведенным ею ускорением. Величина этого отношения зависит исключительно от двигаемого тела, поэтому величина М. вполне характеризует тело с механической стороны. Воззрение на реальное значение М. менялось с течением развития науки; в настоящее время, в системе абсолютных механических единиц, М. принимается за количество вещества, за основную величину, по которой затем уже определяется сила. С математической точки зрения безразлично, принять ли М. за отвлеченный множитель, на который надо помножить силу ускорительную, чтобы получить силу движущую, или за количество вещества: оба допущения приводят к одинаковым результатам; с физической же точки зрения, несомненно, предпочтительнее последнее определение. Во-первых, М., как количество вещества в теле, имеет реальное значение, ибо от количества вещества в теле зависят не только механические, но и многие физические и химические свойства тел. Во-вторых, основные величины в механике и физике должны быть доступны непосредственному, возможно точному измерению; силу мы можем измерять только пружинными силомерами - приборами не только недостаточно точными, но и недостаточно надежными, вследствие изменяемости упругости пружин с течением времени. Рычажные же весы не определяют сами по себе абсолютной величины веса, как силы, а лишь отношение или равенство веса (см. Вес и взвешивание) двух тел. Напротив, рычажные весы дают возможность измерять или сравнивать М. тел, так как вследствие равенства ускорения падения всех тел на одной и той же точке земли, равным весам двух тел соответствуют равные М. Уравновешивая данное тело требуемым числом принятых единиц М., найдем абсолютную величину М.
его. За единицу М. принят в настоящее время в научных трактатах грамм (см.). Грамм почти равен М. одного кубического сантиметра воды, при температуре наибольшей плотности ее (при 4°С М. 1 куб. см воды = 1,000013 г). По единице М. определяется и единица силы - динама, или, сокращенно, - дина (см. Единицы мер). Сила f,
сообщающая т
граммам а
единиц ускорения, равна (1 дине)×m
×а
= та
динам. Также определяется и вес тела р,
в динах, по M. m,
и ускорению свободного падения g; p = mg
дин. Однако, мы не имеем достаточно данных для непосредственного сравнения количеств различных веществ, например дерева и меди, для поверки, действительно ли равные М. этих веществ содержат равные количества их. Пока мы имеем дело с телами из одного и того же вещества, мы можем измерять количества вещества в них по их объемам, при равных. температурах, по весу тел, по силам, сообщающим им равные ускорения, так как эти силы, при равномерном распределении по телу, должны быть пропорциональны числу равных частиц. Эта пропорциональность количества одного и того же вещества его весу имеет место и для тел различных температур, так как нагревание не меняет веса тела. Если же мы имеем дело с телами из различных веществ (одно из меди, другое из дерева и т. д.), то не можем утверждать ни пропорциональности количеств вещества объемам этих тел, ни пропорциональности их силам, сообщающим им равные ускорения, так как различные вещества могли бы обладать различной способностью к восприятию движения подобно тому, как они имеют различную способность к намагничиванию, к поглощению теплоты, к нейтрализации кислот и т. п. Поэтому правильнее было бы сказать, что равные М. различных веществ содержат эквивалентные
количества их по отношению к механическому действию - но безразлично относительно прочих физических и химических свойств этих веществ. Лишь под одним условием можно сравнивать количества разнородных веществ по их весу - это под условием распространения на них понятия относительной плотности тел, состоящих из одного и того же вещества, но различных температур. Для этого необходимо предположить, что все разнородные вещества состоят из совершенно одинаковых частиц, или первоначальных элементов, а все различные физические и химические свойства этих веществ суть следствие различной группировки и сближения этих элементов. Утверждать или отрицать это мы не имеем в настоящее время достаточно данных, хотя многие явления говорят даже в пользу такой гипотезы. Химические явления в сущности не противоречат этой гипотезе: многие тела, состоящие из различных простых тел, представляют сходные физические и кристаллические свойства, и наоборот, тела с одинаковым составом из простых веществ представляют различные физические и отчасти даже химические свойства, таковы, напр., изомерные тела, имеющие один и тот же процентный состав из одних и тех же простых тел, и аллотропические тела, представляющие разновидности одного и того же простого тела (каковы, например, уголь, алмаз и графит, представляющие различные состояния углерода). Сила тяжести, наиболее общая из всех сил природы, говорит в пользу гипотезы единства вещества, так как действует на все тела одинаково. Что все тела из одного и того же вещества должны падать одинаково скоро и вес их должен быть пропорционален количеству вещества, это понятно; но отсюда никак не следует, чтобы и тела из различных веществ падали также с одинаковой скоростью, так как тяжесть могла бы действовать иначе, например, на водяные частицы, чем на цинковые, подобно тому как магнитная сила действует различно на различные тела. Наблюдения показывают, однако, что все тела без исключения, в пустом пространстве на одном и том же месте поверхности Земли, падают одинаково скоро, и следовательно, тяжесть действует на все тела так, как будто бы они состояли из одного и того же вещества и различались только числом частиц и распределением их в данном объеме. В химических явлениях соединения и разложения тел суммы весов их остаются неизменными; видоизменяется строение их и вообще свойства, не принадлежащие самой сущности вещества. Независимость силы тяжести от строения и состава тел показывает, что эта сила глубже проникает в сущность вещества, чем все другие силы природы. Поэтому измерение количества вещества весом тел имеет полное физическое основание. П
. Фан дер Флит.
Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. - С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон . 1890-1907 .
Смотреть что такое "Масса тела" в других словарях:
масса тела - kūno masė statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Tam tikro kūno masė. atitikmenys: angl. body mass vok. Körpermasse, f rus. масса тела, f pranc. masse du corps, f … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
масса тела - kūno masė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. body mass vok. Körpermasse, f rus. масса тела, f pranc. masse du corps, f … Fizikos terminų žodynas
масса тела - kūno masė statusas T sritis Kūno kultūra ir sportas apibrėžtis Žmogaus svoris. Kūno masė yra labai svarbus žmogaus fizinės brandos, sveikatos ir darbingumo rodiklis, vienas pagrindinių fizinio išsivystymo požymių. Kūno masė priklauso nuo amžiaus … Sporto terminų žodynas
Масса тела - Один из основных показателей уровня физического развития человека, зависящий от возраста, пола, морфологических и функциональных гено– и фенотипических особенностей. Несмотря на существование множества систем оценки «нормальной» М. т., понятие… …
- (вес) в антропологии один из основных антропометрических признаков, определяющих физическое развитие … Большой Энциклопедический словарь
В сочетании с другими антропометрическими признаками [длиной тела (ростом) и окружностью груди] важный показатель физического развития и состояния здоровья. Зависит от пола, роста, связана с характером питания, наследственностью,… … Большая советская энциклопедия
- (вес), в антропологии один из основных антропометрических признаков, определяющих физическое развитие. * * * МАССА ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА МАССА ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА (вес), в антропологии один из основных антропометрических признаков, определяющих физическое… … Энциклопедический словарь
- (вес), в антропологии один из осн. антропометрии, признаков, определяющих физ. развитие … Естествознание. Энциклопедический словарь
Избыточная масса тела - Накопление массы тела (преимущественно за счет жировой ткани) свыше нормальной для данного человека, но до развития ожирения. Во врачебном контроле под И. м. т. понимают превышение нормы на 1–9 %. Проблема заключается, однако, в установлении… … Адаптивная физическая культура. Краткий энциклопедический словарь
идеальная масса тела - ideali kūno masė statusas T sritis Kūno kultūra ir sportas apibrėžtis Konkrečių sporto šakų, rungčių, tam tikras funkcijas komandoje atliekančių žaidėjų kūno masės modelis. atitikmenys: angl. ideal body mass vok. ideale Körpermasse, f rus.… … Sporto terminų žodynas
Книги
- Школа здоровья. Избыточная масса тела и ожирение (+ CD-ROM) , Р. А. Еганян, А. М. Калинина. Издание включает в себя руководство для врачей, проводящих школу здоровья для лиц с избыточной массой тела и ожирением, с приложением на CD-ROM и материалы для пациентов. В руководстве для…
Понятие, с которым мы знакомы с самого раннего детства, - масса. И все же в курсе физики с ее изучением связаны некоторые трудности. Поэтому нужно четко определить, Как ее можно узнать? И почему она не равна весу?
Определение массы
Естественнонаучный смысл этой величины в том, что она определяет количество вещества, которое содержится в теле. Для ее обозначения принято использовать латинскую букву m. Единицей измерения в стандартной системе является килограмм. В задачах и повседневной жизни часто используются и внесистемные: грамм и тонна.
В школьном курсе физики ответ на вопрос: «Что такое масса?» дается при изучении явления инерции. Тогда она определяется, как способность тела сопротивляться изменению скорости своего движения. Поэтому массу еще называют инертной.
Что такое вес?
Во-первых, это сила, то есть вектор. Масса же является скалярной веса всегда приложен к опоре или подвесу и направлен в ту же сторону, что и сила тяжести, то есть вертикально вниз.
Формула для вычисления веса зависит от того, движется ли эта опора (подвес). В случае покоя системы используется такое выражение:
Р = m * g, где Р (в английских источниках используется буква W) — вес тела, g — ускорение свободного падения. Для земли g принято брать равным 9,8 м/с 2 .
Из нее может быть выведена формула массы: m = Р / g.
При движении вниз, то есть в направлении действия веса, его значение уменьшается. Поэтому формула принимает вид:
Р = m (g - а). Здесь «а» — это ускорение движения системы.
То есть при равенстве этих двух ускорений наблюдается состояние невесомости, когда вес тела равен нулю.
Когда тело начинает двигаться вверх, то говорят об увеличении веса. В этой ситуации возникает состояние перегрузки. Потому что вес тела увеличивается, а формула его будет выглядеть так:
Р = m (g + а).
Как масса связана с плотностью?
Решение. 800 кг/м 3 . Для того чтобы воспользоваться уже известной формулой, нужно знать объем пятна. Его легко вычислить, если принять пятно за цилиндр. Тогда формула объема будет такой:
V = π * r 2 * h.
Причем r — это радиус, а h — высота цилиндра. Тогда объем получится равным 668794,88 м 3 . Теперь можно сосчитать массу. Она получится такой: 535034904 кг.
Ответ: масса нефти приблизительно равна 535036 т.
Задача № 5. Условие: Длина самого длинного телефонного кабеля равна 15151 км. Чему равна масса меди, которая пошла на его изготовление, если сечение проводов равно 7,3 см 2 ?
Решение. Плотность меди равна 8900 кг/м 3 . Объем находится по формуле, которая содержит произведение площади основания на высоту (здесь длину кабеля) цилиндра. Но сначала нужно перевести эту площадь в квадратные метры. То есть разделить данное число на 10000. После расчетов получается, что объем всего кабеля приблизительно равен 11000 м 3 .
Теперь нужно перемножить значения плотности и объема, чтобы узнать, чему равна масса. Результатом оказывается число 97900000 кг.
Ответ: масса меди равна 97900 т.
Еще одна задача, связанная с массой
Задача № 6. Условие: Самая большая свеча массой 89867 кг была диаметром 2,59 м. Какой была ее высота?
Решение. Плотность воска — 700 кг/м 3 . Высоту потребуется найти из То есть V нужно разделить на произведение π и квадрата радиуса.
А сам объем вычисляется по массе и плотности. Он оказывается равным 128,38 м 3 . Высота же составила 24,38 м.
Ответ: высота свечи равна 24,38 м.
