Единица измерения массы

Вопрос единиц измерения имеет важное прикладное значение. Правильно подобранная размерность упрощает вычисления и связывает между собой различные области знания. Это видно на примере единиц массы.

Масса

Понятие массы – одно из фундаментальных в физике, долго не имевшее достаточно четкого определения. Ее считали мерой количества вещества в теле (так о ней писал Ньютон). Со временем массу определили, как меру инертности тела, меру стремления продолжать движение после прекращения воздействия внешней силы. Но и это не вся правда.

Масса, измеренная на весах

Рис. 1. Масса, измеренная на весах.

Исторически сложились два понятия: гравитационной (выраженной через закон всемирного тяготения) и инертной масс (выраженной через второй закон Ньютона).

Классическая физика установила их эквивалентность. Но релятивистская и квантовая физика также выявила, что масса отражает и энергетические свойства вещества. Легко показать это на примере реакции радиоактивного распада:

$М = \sum\limits_{i=1}^n m_i + {\frac{Q}{с^2}}$

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

Показателен пример фотона. Он не имеет массы в классическом смысле (в релятивистской динамике ее называют массой покоя), но обладает энергией, в силу чего испытывает гравитационное притяжение.

Единицы измерения

Ученые всегда стремились выбирать такие единицы измерения, которые позволяли бы увязывать между собой законы в разных разделах естественных наук и упрощать вычисления. Разберемся с вопросом гравитационной и инертной масс.

Из второго закона Ньютона получаем:

$m = \frac {F}{a}, \: \frac {Н \cdot с^2}м$

Рис. 2. Инертные свойства массы.

Из закона всемирного тяготения:

$m = \frac {F \cdot R^2}{G \cdot M}$

Гравитационные свойства массы

Рис. 3. Гравитационные свойства массы.

Они пропорциональны друг другу:

$\frac {m_{ин}}{m_{грав}} = C$

Наиболее удобно, если коэффициент пропорциональности равен единицы. Исходя из этого подобрано значение гравитационной постоянной. Чтобы инертная масса была равна гравитационной.

Ровно та же история с массой как мерой энергии тела и постоянной Планка. Из формулы энергии кванта и формулы Эйнштейна получаем:

$m = \frac {h \cdot \nu}{c^2}$

В международной СИ единица массы – килограмм; в СГС (Гауссова система) – грамм; ее главное отличие от СИ заключается в отсутствии некоторых постоянных вроде диэлектрической проницаемости.

В разных областях научного знания также используются другие единицы измерения массы. В ядерной и молекулярной физике удобно использование атомных единиц масс ($1 \: а.е.м. =1,66 \cdot 10^{-27} \: кг$, в электродинамике – в электронвольтах ($1 \: эВ = 1,78 \cdot 10^{-36}$), в квантовой физике – Планковская единица массы, равная $2,176 \cdot 10^{-8} \: кг$.

Для удобства при вычислениях существуют таблицы единиц измерения массы, в которых между ними устанавливаются связь и переводные коэффициенты.

Что мы узнали?

В ходе урока узнали, что такое масса тела, чем отличается инертная и гравитационная массы, узнали, в чем измеряется массы в разных системах единиц и в разных областях научного знания, установили связь между ними.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.5. Всего получено оценок: 157.

Предметы