Het begrijpen van natuurkundige termen en het kennen van de definities van grootheden speelt een belangrijke rol bij de studie van verschillende wetten en voor het oplossen van problemen in de natuurkunde. Een van de fundamentele concepten is het concept van lichaamsmassa. Laten we de vraag eens nader bekijken: wat is lichaamsgewicht?
Geschiedenis
Rekening houdend met de moderne kijk op de natuurkunde, is het veilig om te zeggen dat de massa van een lichaam een kenmerk is dat zich manifesteert tijdens beweging, tijdens de interactie tussen echte objecten, evenals tijdens atomaire en nucleaire transformaties. Dit begrip van massa kreeg echter vrij recent vorm, letterlijk in de eerste decennia van de 20e eeuw, dankzij de relativiteitstheorie van Einstein.
Als we verder teruggaan in de geschiedenis, herinneren we ons dat sommige filosofen van het oude Griekenland geloofden dat beweging niet bestaat, dus er was geen concept van lichaamsmassa. Toch was er een concept van lichaamsgewicht. Om dit te doen, volstaat het om de wet van Archimedes in herinnering te brengen. Gewicht is gerelateerd aan lichaamsgewicht. Ze hebben echter niet dezelfde waarde.
BIn de moderne tijd werden dankzij het werk van Descartes, Galileo en vooral Newton de concepten van twee verschillende massa's gevormd:
- traagheid;
- zwaartekracht.
Zoals later bleek, hebben beide soorten lichaamsmassa dezelfde waarde, wat van nature kenmerkend is voor alle objecten om ons heen.
Traagheid
Over traagheidsmassa gesproken, veel natuurkundigen beginnen een formule te geven voor de tweede wet van Newton, waarin kracht, lichaamsmassa en versnelling in één gelijkheid zijn verbonden. Er is echter een meer fundamentele uitdrukking van waaruit Newton zelf zijn wet formuleerde. Het gaat om de hoeveelheid beweging.
In de natuurkunde wordt momentum begrepen als een waarde die gelijk is aan het product van lichaamsmassa m en de snelheid van zijn beweging in ruimte v, dat wil zeggen:
p=mv
Voor elk lichaam zijn de waarden p en v vectorvariabelen van het kenmerk. De waarde m is een coëfficiëntconstante voor het beschouwde lichaam, dat p en v verbindt. Hoe groter deze coëfficiënt, hoe groter de waarde van p bij constante snelheid en hoe moeilijker het is om de beweging te stoppen. Dat wil zeggen, de massa van een lichaam is een kenmerk van zijn traagheidseigenschappen.
Met behulp van de geschreven uitdrukking voor p verkreeg Newton zijn beroemde wet, die wiskundig de verandering in momentum beschrijft. Het wordt meestal uitgedrukt in de volgende vorm:
F=ma
Hier is F de kracht die op een lichaam met massa m werkt en het een versnelling a geeft. Als inin de vorige uitdrukking is de massa m de evenredigheidsfactor tussen de twee vectorkenmerken. Hoe groter de massa van het lichaam, hoe moeilijker het is om de snelheid (minder dan a) te veranderen met behulp van een constante werkende kracht F.
Zwaartekracht
Door de geschiedenis heen heeft de mensheid de lucht, de sterren en de planeten gevolgd. Als resultaat van talrijke waarnemingen in de 17e eeuw formuleerde Isaac Newton zijn wet van universele zwaartekracht. Volgens deze wet worden twee massieve objecten tot elkaar aangetrokken in verhouding tot twee constanten M1 en M2 en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand R ertussen, dat is:
F=GM1 M2 / R2
Hier is G de zwaartekrachtsconstante. De constanten M1 en M2 worden de zwaartekrachtsmassa's van op elkaar inwerkende objecten genoemd.
De zwaartekracht van een lichaam is dus een maat voor de aantrekkingskracht tussen echte objecten, die niets te maken heeft met de traagheidsmassa.
Lichaamsgewicht en massa
Als bovenstaande uitdrukking wordt toegepast op de zwaartekracht op onze planeet, dan kan de volgende formule worden geschreven:
F=mg, waarbij g=GM / R2
Hier zijn M en R respectievelijk de massa van onze planeet en zijn straal. De waarde van g is de versnelling van de vrije val die elk schoolkind kent. De letter m geeft de zwaartekracht van het lichaam aan. Met deze formule kun je de aantrekkingskracht door de aarde berekenen van een lichaam met een massa van m.
Volgens de derde wet van Newton moet de kracht F zijnis gelijk aan de reactie van de steun N waarop het lichaam rust. Deze gelijkheid stelt ons in staat om een nieuwe fysieke hoeveelheid te introduceren - gewicht. Gewicht is de kracht waarmee het lichaam de ophanging uitrekt of op een bepaalde steun drukt.
Veel mensen die niet bekend zijn met natuurkunde maken geen onderscheid tussen de concepten gewicht en massa. Tegelijkertijd zijn het totaal verschillende waarden. Ze worden gemeten in verschillende eenheden (massa in kilogram, gewicht in Newton). Daarnaast is gewicht geen eigenschap van het lichaam, maar massa wel. Desalniettemin kun je de massa van een lichaam m berekenen als je het gewicht P kent. Dit doe je met de volgende formule:
m=P / g
Massa is een enkel kenmerk
Hierboven werd opgemerkt dat de massa van een lichaam zwaartekracht en traagheid kan zijn. Bij het ontwikkelen van zijn relativiteitstheorie ging Albert Einstein uit van de veronderstelling dat de gemarkeerde soorten massa hetzelfde kenmerk van materie vertegenwoordigen.
Tot nu toe zijn er talloze metingen van beide soorten lichaamsmassa's uitgevoerd in verschillende situaties. Al deze metingen leidden tot de conclusie dat de gravitatie- en traagheidsmassa's met elkaar samenvallen met de nauwkeurigheid van de instrumenten die werden gebruikt om ze te bepalen.
De snelle ontwikkeling van kernenergie in het midden van de vorige eeuw verdiepte het begrip van het concept van massa, dat gerelateerd bleek te zijn aan energie door de snelheidsconstante van licht. De energie en massa van een lichaam is een manifestatie van een enkele essentie van materie.
