Что такое измерение массы: Понять основы и методы физического исследования

Что такое измерение массы: Понять основы и методы физического исследования

Измерение массы — это процесс определения количества вещества в теле, который чаще всего выражается в килограммах или граммах. Масса является одной из фундаментальных физических величин и не зависит от места нахождения объекта, в отличие от веса, который зависит от силы тяжести.

Для измерения массы используются различные приборы, такие как весы или аналитические весы, которые позволяют получить точные данные о массе предмета. Правильное измерение массы играет важную роль в науке, промышленности и повседневной жизни.

Измерение массы тела на весах

На предыдущем занятии мы уже ознакомились с методом определения массы тела. Однако для этого нам нужна идеальная ситуация, когда два тела взаимодействуют друг с другом, мы знаем их скорости (или отношение этих скоростей) и массу одного из этих тел. Затем мы можем использовать соотношение. С его помощью в науке определяют массы небесных тел, молекул и атомов.

Но в повседневной жизни мы пользуемся другим методом — весами.

Виды весов

Имеется широкий ассортимент видов весов, ниже представлены наиболее распространенные из них.

В зависимости от принципа действия:

  • Рычажные весы (рисунок 1) — самый распространенный тип. Именно рычажные весы применяются при выполнении лабораторных работ.
  • Пружинные весы (рисунок 2) — под воздействием силы тяжести, действующей на груз, прикрепленный к пружине, пружина растягивается. Рядом расположена шкала, по которой можно определить массу.
  • Электронные весы (рисунок 3)

Кроме того, существуют различные виды весов по точности взвешивания: грубые, технические, аналитические, специальные и прочие.

Использование весов распространено во всех сферах жизни, начиная с медицины и заканчивая промышленностью. На сегодняшний день существуют особые автомобильные весы, предназначенные для взвешивания грузовых автомобилей (см. рисунок 4). Их грузоподъемность может достигать 50 тонн.

Несмотря на наличие таких крупных весов, современный рынок предлагает различные модели крайне маленьких весов, которые помещаются в ладони (см. рисунок 5). Такие весы применяются для взвешивания ювелирных изделий, медицинских препаратов и других мелких предметов.

Измерение массы

Понятие "масса" отражает инертность тел и веществ, их способность создавать гравитационное поле.

Для измерения массы необходимо использовать весы.

Килограмм (кг) является единицей измерения массы в СИ. Также допускается использование:

— миллиграмм (мг), грамм (г) в качестве дольных единиц,

— тонна (т) в качестве внесистемной единицы.

Для измерения массы необходимо применять рабочие средства измерений.

При выборе весоизмерительных приборов рекомендуется предпочтение отдавать электронным весам и весам с цифровыми дисплеями. Применение цифровых весов ускоряет процесс измерения массы и повышает наглядность отображения результатов.

Допустимую погрешность измерительных средств массы и предельные значения шкалы (диапазон измерений) следует определять одним из двух способов:

Пример

Необходимо вычислить массу объекта (45 ± 0,5) г.

Определить диапазон измерений и шаг измерения весов.

максимальное значение измеряемого параметра

минимальное значение измеряемого параметра

45 г — 0,5 г= 44,5 г;

основная абсолютная погрешность измерений массы (согласно формуле (7.1))

0,33 х 1 г= 0,33 г;

нижний предел шкалы (согласно формуле (7.2))

верхний предел шкалы (согласно формуле (7.3))

Вди > 45,5 г + 0,33 г = 45,83 г.

Выбираем весы лабораторного типа в соответствии с Нди и Вди из таблицы (9.2).

Требованиям удовлетворяют весы:

ВЛКТ-500 г — с шагом измерения 0,01 г, верхним пределом измерений 500 г и основной абсолютной погрешностью ± 0,020 г;

Весы ЛЭ-5 кг имеют цену деления 0,1 г, верхний предел измерений 5 кг и основную абсолютную погрешность ± 0,20 г;

Весы ЛЭ-200 г имеют цену деления 0,001 г, верхний предел измерений 200 г и основную абсолютную погрешность ± 0,005 г;

Весы ЛЭ-1 кг имеют цену деления 0,01 г, верхний предел измерений 1 кг и основную абсолютную погрешность ± 0,03 г;

Весы ЛЭ-10 кг имеют цену деления 0,1 г, верхний предел измерений 10 кг и основную абсолютную погрешность ±0,1 г.

В данном случае более целесообразно использовать весы ЛЭ-500 г.

Метод с использованием таблиц:

В боковике таблицы находим диапазоны, в которые попадает измеряемая величина. Этими диапазонами являются:

«свыше 2 до 50 г»,

«свыше 4 до 100 г»,

«свыше 10 до 200 г»,

«свыше 20 до 1000 г».

На строчках, соответствующих установленным диапазонам во втором столбце, можно найти верхние пределы измерений весов: 50, 100, 200, 1000г.

На этих же строках в другом столбце таблицы можно найти ближайшие меньшие значения допусков относительно заданных.

Этими значениями будут: 0,0009; 0,0018; 0,0045; 0,009 г соответственно.

Значение допуска в 1 г в данном случае позволяет использовать любое из рассмотренных средств измерения массы в заданном диапазоне и с допуском.

В заголовке таблицы по значениям допусков можно найти цену деления: 0,0001; 0,0002; 0,0005; 0,001 г соответственно.

Таким образом, для измерения массы (45 ± 0,5) г можно использовать весы четвёртого класса точности с данными метрологическими характеристиками:

— верхний предел 50 г, цена деления 0,0001 г;

— верхний предел 100 г, цена деления 0,0002 г;

Максимальный вес 200 г, шаг измерения 0,0005 г;

Максимальный вес 1000 г, шаг измерения 0,001 г.

С учетом таблицы 9.2 в данном документе и экономической целесообразности выбираем весы ВЛКТ-500 г.

Таблица 9.1 — Наборы гирь общего назначения

Масса в килограммах
Обозначение гирь в набореЧисло гирь в наборе, массой в килограммах
КГ-4-30
КГ-6-5
КГ-6-10
КГ-6-20-1
КГ-6-20-2
Масса в граммах
Обозначение гирь в набореЧисло гирь в наборе, массой в миллиграммах
Г-4-210
Г-4-610
Г-4-1110
Г-6-1110
Масса в миллиграммах
Обозначение гирь в набореЧисло гирь в наборе, массой в миллиграммах
МГ-3-1110
МГ-3-1110

Пример передачи в документации набора гирь общего назначения 6-го класса массой 5 кг.

Таблица 9.2 — Средства измерений массы

Наименование прибораТип прибораПредел взвешиванияЦена деленияДопустимая погрешностьПримечание
б
Весы лабораторные аналитическиеВЛ-200(0. 200) г0,1 мг±2мг
Весы лабораторные квадрантныеВЛКТ-500г ВЛКТ-2 кг ВЛКТ-5 кг(0. 500) г (0. 2) кг (0. 5) кг10мг 100мг 200мг±100мг ±100мг
Весы лабораторные электронныеВЛЭ-200 г ВЛЭ-1 кг ВЛЭ-10кг ВЛЭ-20 кг ВЛЭ-50 кг(0. 200) г (0. 1)кг (0. 10)кг (0. 20) кг (0. 50) кг1 мг 10мг 100мг 500мг 1000 мг±5 мг ±30мг ±300 мг ±3000 мг ±3000 мг
Весы лабораторные равноплечиеВЛР-10кг* ВЛР-1 кг* ВЛР-200г*(0. 10) кг (0. 1)кг (0. 200)г50мг 10мг 0,05 мг±100мг ±10мг ±5 мгВ комплект поставки входит набор накладных гирь
Весы настольные циферблатныеВНЦ-2(2. 2000) гпри массе груза св. 2 до 1000 г ±1 г; при массе груза св. 1000 до 2000 г ±2 г
РН-10Ц13У(0,1. 10) кгпри массе груза св. 0,1 до 2,5 кг; ±5 г; при массе груза св. 2,5 ±7,5 г
Весы счетные коромысловыеСЧ-5А(0,25…5) кгпри 10% максимальной нагрузки ±10 г; при максимальной нагрузке ±3г.Рекомендуемая масса считаемых деталей: для СЧ-5А (0,5…10) г. для СЧ-50А (1…100)г.
СЧ-50А(2,5…5) кг10 гпри 10% максимальной нагрузки ±1 г ±30 г.
Весы платформенные передвижные шкальныеШСВ-500(25…500) кг20 гВ диапазоне от 25 до 100 кг ±100 г В диапазоне св. 100 до 400 кг ±200 г В диапазоне св. 400 до 500 кг ±300 г
РП-3Ш13м(150…3000) кг1 кгсв. 150 до 500 кг ±1 кг св. 500 до 2000 кг ±1,5 кг св. 2000 кг ±2 кгВ комплект поставки входит набор накладных гирь
РП 100Ш13(5…100) кг0,05 кгсв. 5 до 25 кг ±0,05 св. 25 кг ±0,75 кг
Весы платформенные передвижные циферблатныеРП-150Ц13тот 7,5 до 100 кг0.2 кг±0,4 кг
РП-400Ц13мот 20 до 400 кг0,2 кгсв. 20 до 100 кг ±0,2 кг св. 100 кг ±0,3 кг
Весы платформенные передвижные почтовыеРН-25Ц13от 0 до 25 кг50 г±50 г
РН-50Ш13М-1от 2,5 до 50 кгсв. 2,5 до 10 кг ±10 г св. 10 до 50 кг ±1% от действительного значения массы груза на платформе

Нравится материал? Добавь его в избранное (CTRL+D) и не забудь поделиться с товарищами:

В чем разница между "массой" и "весом"?

Величина, содержащаяся в объекте, называется массой. Однако, из-за неопределенности в определении этой величины, это понятие вызывает много дискуссий и разногласий. Более простым и понятным способом определения массы является рассмотрение ее с точки зрения инерции.

Инерция объекта заключается в его способности сохранять движение или покой до тех пор, пока на него не действует внешняя сила, меняющая это состояние.

НАУКА SCIENCE, Автор

Чем больше масса, тем труднее изменить или остановить движение тела.

Уникальность: Масса объекта постоянна, независимо от его местоположения. Согласно закону всеобщего тяготения, два объекта притягиваются друг к другу силой, пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Сама сила гравитационного притяжения не влияет на величину массы этих объектов.

Например, камень массой 60 кг на Земле будет иметь массу 60 кг на Марсе, Юпитере или в любой другой точке Вселенной. Специальная теория относительности описывает эффекты изменения массы при движении на скорости, близкой к скорости света. Однако эти эффекты не рассматриваются в данной статье.

Что такое вес?

Масса объекта показывает, насколько он тяжелый. Из-за этого масса и вес часто используются как одно и то же. Однако, технически вес — это сила, которую масса объекта оказывает на другое тело только из-за гравитации.

В то время как масса не зависит от гравитации, вес является проявлением этой силы. Поскольку вес — это сила, его единицей измерения является ньютон.

Сила гравитации, действующая на тело на поверхности Земли, равна массе тела, умноженной на ускорение свободного падения (равное 9,8 м/с2).

Ускорение свободного падения на разных небесных телах различно, так как оно зависит от массы самого тела. Например, на Луне ускорение свободного падения составляет 1,62 м/с2, поэтому все объекты на Луне весят приблизительно в шесть раз меньше, чем на Земле.

Таким образом, астронавт массой 90 кг весит 90*9,8=882 ньютонов на Земле и 90*1,62=145,8 ньютонов на Луне. Если астронавт будет находиться на более массивном объекте, таком как Юпитер или Сатурн, то его вес будет значительно выше.

Обратите внимание, что масса астронавта остается неизменной (90 кг).

Однако, весы на Луне показали бы не 90 кг. Почему?

Весы — это устройство, которое измеряет массу объекта по силе взаимодействия поверхностей соприкасающихся тел (нас и Земли). Эта сила называется нормальной силой.

Весы измеряют нормальную силу, создаваемую Землей, но они настроены таким образом, чтобы показать на шкале значение массы в 9,8 раз меньше, таким образом на весах отображается приблизительная величина массы тела (m=F/g)

Использование весовой шкалы, откалиброванной по гравитационному ускорению Земли, приведет к неправильным показаниям на поверхности Луны или Марса. Весы будут бесполезны в условиях невесомости или свободного падения, поскольку в таких условиях они не способны производить точные измерения.

Масса

Что такое измерение массы: Понять основы и методы физического исследования

Масса является основной физической величиной, которая определяет инерционные и гравитационные свойства объектов различного масштаба – от крупных тел до атомов и частиц. В нерелятивистском приближении масса служит мерой содержащегося в теле вещества и подчиняется законам сохранения и аддитивности. В релятивистской теории масса изолированной системы также остаётся постоянной со временем, но не равна сумме масс отдельных тел.

Массы элементарных частиц фиксированы: все частицы одного типа имеют одинаковую массу. Существуют и безмассовые частицы, например, фотоны и глюоны. В теории относительности масса частицы определяется через её энергию и импульс: p

Согласно уравнению (1), масса частицы связана с её энергией и импульсом формулой:

m^2=E^2/c^4-boldsymbol p^2/c^2. qquad (1) m 2 = E 2 / c 4 − p 2 / c 2 . ( 1 ) Импульс частицы и её скорость v связаны соотношением:

p = E v / c^2. boldsymbol p =Ev/c^2. qquad (2) p = E v / c 2 . ( 2 ) С учётом уравнения (1), энергия покоя частицы, для которой v = 0, связана с её массой формулой Эйнштейна:

Уравнения (1) – (3) применимы как к частицам с массой, таким как протоны, так и к безмассовым частицам. Согласно уравнению (1), для любой безмассовой частицы p^2=E^2/c^2, отсюда следует, что v=c, и, следовательно, в силу уравнения (2) v=c. Таким образом, безмассовые частицы никогда не могут быть в состоянии покоя, а всегда движутся со скоростью c (релятивистские частицы).

Ньютоновская механика, также известная как механика нерелятивистских частиц, является предельным случаем теории относительности при скорости частицы v много меньше скорости света c. В соответствии с теорией относительности, формулы ньютоновской механики действительны с точностью до членов порядка v^2/c^2. В нерелятивистском приближении из уравнений (1) – (3) следует, что кинетическая энергия тела E_kin = E — E_0 связана с его импульсом следующим соотношением

E_kin = p^2/2m, (4) а импульс со скоростью – соотношением

p = m v. (5) [При выводе формул (4) – (5) из формул (1) – (3) необходимо последовательно пренебрегать E_kin по сравнению с E_0 везде, где это возможно, в частности необходимо заменить E + E_0 на 2 E_0.]

Формула (6) F=d /dt F = d p / d t, известная нерелятивистская, связывает силу F F и ускорение a a :

Формула (7) F=ma F = m a следует из уравнений (5) и/или (7), что в ньютоновой механике мерой инерции является масса m m. Именно эта нерелятивистская ипостась массы часто необдуманно переносится и на движения при релятивистских скоростях, в то время как в теории относительности, как следует из уравнения (2), мерой инерции является не масса m m, а энергия, более точно E/c^2 E / c 2. Чем больше энергия безмассовой или очень лёгкой частицы, тем труднее изменить её импульс. Только для нерелятивистских частиц существенна не кинетическая энергия, а энергия покоя (масса).

Также, как и применение концепции массы как источника гравитационного притяжения. Как известно, в ньютоновой физике сила всемирного тяготения между телами с массами M и m равна

Fg = -GMmboldsymbol r/r^3, qquad (8) где G — гравитационная постоянная, r — радиус-вектор, направленный от тела с массой M к телу с массой m. Из формул (7) и (8) вытекает, что ускорение тел, свободно падающих в гравитационное поле, не зависит ни от величины массы этих тел, ни от свойств вещества, из которого эти тела состоят. Эта закономерность проверена на опыте в гравитационном поле Земли с точностью порядка 10-8 и в поле Солнца с точностью порядка 10-12.

Часто эту закономерность называют равенством инертной и гравитационной масс. Однако в исходной механике Ньютона – Галилея, и в современной теории относительности этих понятий не существует: оба они использовались в начале 20 века для разработки теории относительности. В ньютоновой механике существует только одна физическая величина – масса, определяющая два различных явления: инерцию и гравитацию. В теории относительности масса , определяемая соотношением (1), не является ни мерой инерции, ни источником гравитации. Мерой инерции служит энергия, а источником гравитации – тензор энергии-импульса (некоторая комбинация энергии и импульса); обе эти величины (энергия и тензор энергии-импульса) переходят в массу только при / →0.

По теории относительности, энергия и импульс свободных частиц обладают свойством аддитивности: суммарная энергия и суммарный импульс n свободных частиц всегда равны сумме их энергий и сумме импульсов соответственно. Однако суммарная масса свободных частиц равна сумме их масс только в случае, если они покоятся друг относительно друга. В случае движения их массы не могут быть аддитивны. Например, масса системы двух фотонов с энергией E у каждого, вычисленная по формуле (1), равна нулю, если они летят в одну сторону, и равна 2E/c^2, если они летят в противоположные стороны.

Поскольку закон сохранения энергии и импульса действует в изолированной системе частиц, это означает, что их масса также сохраняется, независимо от взаимодействий внутри этой системы. Например, при аннигиляции покоящихся электрона и позитрона в два фотона, масса двух фотонов равна 2 m, где m — масса электрона.

Следовательно, масса является характеристикой свободной частицы. Однако в некоторых случаях можно считать, что частица, находящаяся во внешнем силовом поле других частиц, имеет то же значение массы, что и свободная частица. Для этого помимо энергии покоя и энергии движения приходится вводить также и энергию взаимодействия, примером которой является потенциальная энергия U. В этом случае полная энергия E представляет собой сумму трёх слагаемых:

E = E 0 + E кин + U. Единицей массы в СИ служит килограмм, в системе СГС — грамм. Массы атомов и молекул обычно измеряются в атомных единицах массы. Массу элементарных частиц принято измерять в эВ/c 2. Например, масса электрона m e = 0,511 МэВ/c 2, масса протона m p = 938,3 МэВ/c 2, масса Z-бозона m Z = 91,2 ГэВ/c 2, масса тяжёлой известной элементарной частицы (t-кварка) равна примерно 172 ГэВ/c 2. Нейтрино — самые лёгкие частицы с отличной от нуля массой; их массы много меньше 1 эВ/с 2. Важную роль играют безмассовые частицы: фотон (переносчик электромагнитного взаимодействия) и гравитон (переносчик гравитационного взаимодействия). Пока не существует теории, объясняющей, почему массы элементарных частиц именно таковы, от долей эВ/с 2 до 10^11 эВ/с 2.

Известные частицы составляют всего лишь 5 % видимой массы Вселенной, астраномические наблюдения показывают, что около 25 % занимают тёмная материя. Оставшиеся более 70 % массы Вселенной приходятся на тёмную энергию, которая наполняет пустоту (см. Космология).

Некоторые элементарные частицы являются менее "элементарными" (фундаментальными). Современное понимание включает в себя электроны, другие лептоны, а также фотоны и калибровочные бозоны, в то время как нуклоны (протоны и нейтроны) и другие адроны считаются элементарными с определёнными оговорками, так как они состоят из кварков и глюонов. Согласно квантовой хромодинамике, ни глюоны, ни кварки не могут существовать отдельно, они всегда находятся внутри адронов (конфайнмент) и могут перемещаться только внутри них. Масса глюонов на малых расстояниях равна нулю, а массы шести кварков примерно равны 3; 7; ∼ 100 МэВ/c2 и 1,3; 4,5; 170 ГэВ/c2 соответственно.

Массы адронов, которые содержат в себе лёгкие u, u, u и d, d, d кварки, происходят не от массы кварков, а от явления конфайнмента, которое возникает из-за сильного взаимодействия между глюонами.

Масса составных частиц (примерами которых являются молекулы, состоящие из атомов, атомы, состоящие из электронов и атомных ядер, атомные ядра, состоящие из нуклонов), обычно меньше, чем сумма масс их компонент. Эту разницу в массе называют массовым дефектом и обозначают Δm. Чтобы разделить составную частицу на её компоненты, например атом водорода на электрон и протон, необходимо затратить энергию, равную энергии связи ΔE. Согласно соотношению между энергией и массой, эта энергия равна

При изменении массы на Δm, энергия меняется на величину ΔE, равную Δmc^2.qquad (9) Δ E = Δ m c 2 . ( 9 ) Для атома водорода Δ E ΔE Δ E = 13,6 эВ. Атом водорода образуется из покоящихся электрона и протона, при этом выделяется энергия 13,6 эВ. При распаде ядра урана высвобождается энергия около 200 МэВ, что составляет примерно 10 –3 от массы урана.

В термоядерных реакциях, протекающих в звездах и водородных бомбах, примерно 1 % массы водорода превращается в кинетическую энергию, при этом образуется гелий. Энергия связи каждого из четырех нуклонов в ядре гелия равна примерно 8 МэВ, а масса нуклона составляет примерно 940 МэВ. При аннигиляции электрона и позитрона вся их масса (энергия покоя) превращается в кинетическую энергию фотонов.

Часто говорят, что масса превращается в кинетическую энергию, но это немного неточно. На самом деле, энергия сохраняется во всех физических и химических процессах, просто она преобразуется из энергии покоя в кинетическую энергию. Эта неточность происходит из применения ньютоновской физики, в которой не учитывалась энергия покоя E₀. Также, при переходе от ньютоновской физики к релятивистской, возникло ложное представление о возрастании массы движущегося тела с увеличением скорости.

Многие авторы известных статей, книг и учебников по теории относительности поступают именно так, заменяя уравнение (10) на уравнение Эйнштейна (3). В результате энергия движущегося тела ℰ заменяет энергию покоя E 0 , а масса m становится зависимой от скорости тела, что скрывает основное уравнение теории относительности для свободного тела (1) и создаёт путаницу в понимании сути теории.

Что такое измерение массы

1. Что влияет на скорость тела после взаимодействия?

При взаимодействии двух тел всегда происходит изменение скорости первого и второго тела. В результате взаимодействия тела могут получить скорости, которые существенно отличаются друг от друга.

Скорости, которые получают два тела в результате взаимодействия, можно измерить.

Тело, которое после взаимодействия получило меньшую скорость, имеет большую массу. Тело, которое после взаимодействия движется с большей скоростью, имеет меньшую массу.

Человек оттолкнулся от стоящей на колесах тележки и прыгнул очень далеко вперед, при этом тележка едва двинулась с места. Очевидно, что скорость прыжка человека была намного больше скорости отката тележки. Это говорит о различии их масс. Тележка имеет большую массу по сравнению с человеком.

Массы тел после взаимодействия сравниваются по скоростям, которые они приобретают.

Если скорости тел после взаимодействия равны, то их массы также одинаковы. В случае, если скорости различны, то их массы также различны. Масса первого тела меньше массы второго во столько раз, во сколько раз скорость первого тела больше скорости второго. А масса первого тела больше массы второго во столько раз, во сколько раз скорость первого тела меньше скорости второго.

2. Что такое инертность тела?

Инертность тела определяется изменением его скорости при взаимодействии. Чем меньше это изменение, тем большую массу имеет тело. Такие тела называют более инертными. И наоборот, чем больше изменение скорости, тем меньшую массу имеет тело. Такие тела менее инертны.

Человек прыгнул далеко от тележки на колесах, совершив отталкивающее движение, и тем временем тележка осталась на месте. Скорость человека во время его прыжка была значительно выше скорости движения тележки. Кроме того, скорость человека в результате взаимодействия с тележкой изменилась сильнее, чем скорость тележки. Это означает, что тележка обладает большей инертностью, в то время как человек менее инертен.

Каждое тело обладает своей собственной мерой инертности.

Инертность определяет способность тела изменять свою скорость при взаимодействии с другими объектами.

3. Что представляет собой масса тела?

Масса тела — это физическая величина, определяющая его инертность. Каждый физический объект имеет свою массу.

Массу обозначают буквой m. В Международной системе (СИ) основной единицей массы является 1 килограмм (1 кг).

В практике также используются другие единицы массы: тонна (т), грамм (г), миллиграмм (мг).

1 тонна = 1000 килограмм (10^3 кг) 1 килограмм = 0,001 тонны = 1000 грамм (10^3 г) = 1 000 000 миллиграмм (10^6 мг) 1 грамм = 0,001 килограмма (10^-3 кг) 1 миллиграмм = 0,001 грамма (10^-3 г) = 0,000001 килограмма (10^-6 кг)

4. Где хранится эталон массы? Эталон — это точный образец массы в 1 килограмм, изготовленный из сплава двух металлов: платины и иридия. Международный эталон килограмма хранится в городе Севре, Франция.

Более 40 точных копий международного эталона были изготовлены и разосланы в разные страны. В России одна из таких копий находится в Институте метрологии им. Д. И. Менделеева в Санкт-Петербурге.

5. Как определить массу тела?

Вес тела можно измерить с помощью весов, поскольку весы являются измерительным устройством, имеющим различные конструкции.

Главная часть обучающих весов — это горизонтальный стержень-рычаг, который способен колебаться вокруг оси, находящейся в середине стержня. На обоих концах стержня подвешены по 2 чашки. Если массы предметов, помещенных в чашки весов, равны между собой, то весы будут находиться в равновесии. На одну чашку весов кладется предмет, масса которого нужно выяснить, а на другую — гиря.

Выбирают гири так, чтобы достичь равновесия. Масса предмета равна массе этих гирь.

Масса

Понимание массы в физике долгое время оставалось неоднозначным. Вначале ее рассматривали как количество вещества в объекте (так писал Ньютон). Позже массу определили как меру инертности тела, его стремление сохранять движение после воздействия внешней силы. Но и это не полная истина.

Существуют два основных понятия: гравитационная масса (выраженная через закон всемирного тяготения) и инертная масса (выраженная через второй закон Ньютона).

Классическая физика соединила их. Тем не менее, релятивистская и квантовая физика Выявили, что масса отражает энергетические свойства вещества. Это легко показать на примере радиоактивного распада:

Таким образом, масса исходной частицы больше суммы масс образовавшихся частиц. Буквой Q обозначается энергия, запасенная во взаимодействии, которым были связаны образовавшиеся частицы до распада.

Хорошим примером является фотон. В классическом смысле у него нет массы (в релятивистской динамике называемой массой покоя), но он обладает энергией, что приводит к гравитационному притяжению.

Единицы измерения

Ученые всегда старались подбирать такие единицы измерения, которые помогали бы связывать законы в различных областях естественных наук и упрощали бы расчеты. Давайте разберемся с проблемой гравитационной и инертной массы.

Применяя второй закон Ньютона, получаем:

Согласно принципу всемирного притяжения:

Они пропорциональны друг другу, например, если коэффициент пропорциональности равен единице, то удобнее всего. Именно из этого значения была подобрана гравитационная постоянная, чтобы инертная масса была равна гравитационной.

Точно такая же ситуация с массой как мерой энергии тела и постоянной Планка. Из формулы энергии кванта и формулы Эйнштейна можно получить:

В международной СИ единица массы – килограмм, а в СГС (Гауссовой системе) – грамм. Ее основное отличие от СИ заключается в отсутствии некоторых постоянных, таких как диэлектрическая проницаемость.

В различных областях научного знания также применяются различные единицы измерения массы. В области ядерной и молекулярной физики удобно использование атомных единиц масс ($1 : а.е.м. =1,66 cdot 10^ : кг$, в электродинамике – в электронвольтах ($1 : эВ = 1,78 cdot 10^$), в квантовой физике – Планковская единица массы, равная $2,176 cdot 10^ : кг$.

Для удобства при проведении расчетов существуют таблицы единиц измерения массы, в которых устанавливается связь между ними и переводные коэффициенты.

Действия с мерами веса

Исходя из расположения чашек на весах, можно предположить, какая масса у объекта больше или меньше.

Обычно мы используем чашечные весы. Чтобы сравнить массы двух объектов, достаточно положить первый объект на одну чашу весов, а второй — на другую. Если чаша с первым объектом опустится ниже, чем чаша с вторым, то это означает, что масса первого объекта больше массы второго, и масса второго объекта меньше массы первого.

Обратите внимание на эту иллюстрацию.

По расположению чаш весов, даже без знания массы белочки и бегемотика, мы можем увидеть, что масса бегемотика больше, чем масса белочки.

Чаша весов с бегемотиком опустилась вниз — она тяжелее. Чаша весов с белочкой поднялась вверх — она легче.

Наблюдаем, что масса ёжика равна массе белочки.

Запомни!

Для измерения массы предмета с использованием весов необходимо:

1) Разместить предмет на одной чаше весов.

2) Установить гирю на другой чаше так, чтобы достичь равновесия.

3) Просуммировать массу всех гирь на второй чаше.

4) Полученное число будет массой искомого предмета.

Вес бегемотика составляет 4 килограмма.

Оцените статью
SPBINFO24.RU
Добавить комментарий