Ce proprietăți are masa corporală? Despre esența fizică a conferințelor electronice de masă - corespondență

Conceptul cu care suntem familiarizați încă din copilărie este masa. Și totuși, într-un curs de fizică, există unele dificultăți asociate cu studiul acestuia. Prin urmare, este necesar să se definească clar cum poate fi recunoscut? Și de ce nu este egal cu greutatea?

Determinarea masei

Sensul științific natural al acestei valori este că determină cantitatea de substanță conținută în organism. Pentru a o desemna, se obișnuiește să se folosească litera latină m. Unitate de măsură în sistem standard este un kilogram. În sarcini și viata de zi cu zi Se folosesc adesea și cele nesistemice: gram și ton.

Într-un curs de fizică școlar, răspunsul la întrebarea: „Ce este masa?” dat la studierea fenomenului de inerţie. Apoi este definită ca fiind capacitatea unui corp de a rezista schimbărilor în viteza de mișcare. Prin urmare, masa este numită și inertă.

Ce este greutatea?

În primul rând, aceasta este forța, adică un vector. Masa este o greutate scalară care este întotdeauna atașată de un suport sau suspensie și este îndreptată în aceeași direcție cu forța gravitațională, adică vertical în jos.

Formula de calcul a greutății depinde de dacă suportul (suspensia) se mișcă. Când sistemul este în repaus, se utilizează următoarea expresie:

P = m * g, unde P (în sursele engleze se folosește litera W) este greutatea corpului, g este accelerația căderii libere. Pentru pământ, g este de obicei considerat egal cu 9,8 m/s 2.

Din aceasta se poate deriva formula masei: m = P/g.

La deplasarea în jos, adică în direcția greutății, valoarea acesteia scade. Prin urmare, formula ia forma:

P = m (g - a). Aici „a” este accelerația sistemului.

Adică dacă aceste două accelerații sunt egale, se observă o stare de imponderabilitate când greutatea corpului este zero.

Când corpul începe să se miște în sus, vorbim de creștere în greutate. În această situație, apare o condiție de supraîncărcare. Deoarece greutatea corporală crește, iar formula sa va arăta astfel:

P = m (g + a).

Cum este legată masa de densitate?

Soluţie. 800 kg/m3. Pentru a profita deja formula binecunoscuta, trebuie să știi volumul spotului. Este ușor de calculat dacă luați locul ca un cilindru. Atunci formula de volum va fi:

V = π * r 2 * h.

Mai mult, r este raza, iar h este înălțimea cilindrului. Apoi volumul va fi egal cu 668794,88 m 3. Acum poți număra masa. Se va dovedi astfel: 535034904 kg.

Răspuns: masa petrolului este de aproximativ 535036 tone.

Sarcina nr. 5. Stare: Lungimea celui mai lung cablu telefonic este de 15151 km. Care este masa de cupru care a intrat în fabricarea sa dacă secțiunea transversală a firelor este de 7,3 cm 2?

Soluţie. Densitatea cuprului este de 8900 kg/m3. Volumul se găsește folosind o formulă care conține produsul dintre suprafața bazei și înălțimea (aici lungimea cablului) cilindrului. Dar mai întâi trebuie să convertiți această zonă în metri patrati. Adică, împărțiți acest număr la 10.000 După calcule, se dovedește că volumul întregului cablu este de aproximativ 11.000 m 3.

Acum trebuie să înmulțiți valorile densității și volumului pentru a afla cu ce este egală masa. Rezultatul este numărul 97900000 kg.

Răspuns: masa cuprului este de 97900 de tone.

O altă problemă legată de masă

Sarcina nr. 6. Stare: Cea mai mare lumânare, cântărind 89867 kg, avea un diametru de 2,59 m. Care era înălțimea ei?

Soluţie. Densitatea cerii este de 700 kg/m3. Înălțimea va trebui să fie găsită din Adică, V trebuie împărțit la produsul lui π și pătratul razei.

Și volumul în sine este calculat după masă și densitate. Se dovedește a fi egal cu 128,38 m 3. Înălțimea a fost de 24,38 m.

Răspuns: înălțimea lumânării este de 24,38 m.

Masa (cantitatea fizica) Greutate, mărime fizică, una dintre principalele caracteristici ale materiei, determinându-i proprietățile inerțiale și gravitaționale. În consecință, se face o distincție între materialul inert și materialul gravitațional (greu, gravitativ).

Conceptul de magnetism a fost introdus în mecanica mecanică. Newton.În mecanica clasică a lui Newton, M. este inclus în definiția impulsului ( impuls) corp: impulsul p este proporțional cu viteza de mișcare a corpului v,

p = mv.

Coeficientul de proporționalitate - o valoare constantă m pentru un corp dat - este M-ul corpului. O definiție echivalentă a magnetismului se obține din ecuația de mișcare a mecanicii clasice

f = ma.

Aici M este coeficientul de proporționalitate dintre forța f care acționează asupra corpului și accelerația corpului a cauzată de acesta. Masa definită de relațiile (1) și (2) se numește masă inerțială, sau masă inerțială; caracterizează proprietățile dinamice ale unui corp și este o măsură a inerției corpului: cu o forță constantă, cu cât M al unui corp este mai mare, cu atât dobândește mai puțină accelerație, adică cu atât starea mișcării sale se schimbă mai încet (cu cât este mai mare inerția sa).

Acționând asupra unor corpuri diferite cu aceeași forță și măsurând accelerațiile acestora, se poate determina raportul M al acestor corpuri: m 1 : m 2 : m 3 ... = a 1 : a 2 : a 3 ...; dacă unul dintre M. este luat ca unitate de măsură, se poate găsi M. corpurilor rămase.

În teoria gravitației a lui Newton, magnetismul apare într-o formă diferită - ca sursă a câmpului gravitațional. Fiecare corp creează un câmp gravitațional proporțional cu magnetismul corpului (și este afectat de câmpul gravitațional creat de alte corpuri, a cărui putere este, de asemenea, proporțională cu magnetismul corpului). Acest câmp determină atracția oricărui alt corp către acest corp cu o forță determinată Legea gravitației lui Newton:

unde r este distanța dintre corpuri, G este universalul constantă gravitațională, un m 1 și m 2 ‒ M. atragerea corpurilor. Din formula (3) se obține ușor formula pentru greutate P unui corp de masă m în câmpul gravitațional al Pământului:

P = m g.

Aici g = G M / r 2 este accelerația căderii libere în câmpul gravitațional al Pământului, iar r » R este raza Pământului. Masa determinată de relațiile (3) și (4) se numește masa gravitațională a corpului.

În principiu, nu rezultă de nicăieri că magnetismul, care creează un câmp gravitațional, determină și inerția aceluiași corp. Cu toate acestea, experiența a arătat că magnetismul inerțial și magnetismul gravitațional sunt proporționale unul cu celălalt (și cu alegerea obișnuită a unităților de măsură, ele sunt egale numeric). Această lege fundamentală a naturii se numește principiul echivalenței. Descoperirea sa este asociată cu numele lui G. Galileea, care a stabilit că toate corpurile de pe Pământ cad cu aceeași accelerație. O. Einstein a pus ca bază acest principiu (formulat de el pentru prima dată). teorie generală relativitatea (vezi Gravitaţie). Principiul echivalenței a fost stabilit experimental cu o precizie foarte mare. Pentru prima dată (1890–1906), o verificare de precizie a egalității magnetismului inerțial și gravitațional a fost efectuată de L. Eotvos, care a constatat că M. coincide cu o eroare de ~ 10-8. În 1959–64, fizicienii americani R. Dicke, R. Krotkov și P. Roll au redus eroarea la 10-11, iar în 1971 fizicienii sovietici V.B Braginsky și V.I Panov - la 10-12.

Principiul echivalenței ne permite să determinăm cel mai natural masa corpului cântărind.

Inițial, M. a fost considerat (de exemplu, de Newton) ca o măsură a cantității unei substanțe. Această definiție are un sens clar doar pentru compararea corpurilor omogene construite din același material. Se subliniază aditivitatea lui M. - M. unui corp este egal cu suma M. părţilor sale. Volumul unui corp omogen este proporțional cu volumul acestuia, așa că putem introduce conceptul densitate- M unitate de volum corporală.

În fizica clasică se credea că magnetismul unui corp nu se schimbă în niciun proces. Aceasta corespundea legii conservării materiei (materiei), descoperită de M.V. Lomonosovși A.L. Lavoisier. În special, această lege prevedea că în orice reacție chimică suma lui M a componentelor inițiale este egală cu suma lui M a componentelor finale.

Conceptul de M. a căpătat un sens mai profund în mecanica specială. A. Teoria relativității a lui Einstein (vezi Teoria relativității), care are în vedere mișcarea corpurilor (sau a particulelor) la viteze foarte mari - comparabilă cu viteza luminii cu » 3×1010 cm/sec. În mecanica nouă - se numește mecanică relativistă - relația dintre impuls și viteza unei particule este dată de relația:

La viteze mici (v<< с ) это соотношение переходит в Ньютоново соотношение р = mv . Поэтому величину m 0 называют массой покоя, а М. движущейся частицы m определяют как зависящий от скорости коэфф. пропорциональности между р и v :

Ținând cont, în special, de această formulă, ei spun că magnetismul unei particule (corp) crește odată cu creșterea vitezei sale. Această creștere relativistă a magnetismului unei particule pe măsură ce crește viteza acesteia trebuie luată în considerare la proiectare acceleratori de particule încărcate energii înalte. Mișcarea în repaus m 0 (mișcarea în cadrul de referință asociată cu particulei) este cea mai importantă caracteristică internă a particulei. Toate particulele elementare au valori strict definite de m 0 inerente unui anumit tip de particule.

Trebuie remarcat faptul că în mecanica relativistă, definiția magnetismului din ecuația mișcării (2) nu este echivalentă cu definiția magnetismului ca coeficient de proporționalitate între impulsul și viteza unei particule, deoarece accelerația încetează să fie paralelă. la forța care a provocat-o și magnetismul se dovedește a depinde de direcția vitezei particulei.

Conform teoriei relativității, magnetismul unei particule m este legat de energia sa E prin relația:

Energia de repaus determină energia internă a unei particule - așa-numita energie de repaus E 0 = m 0 c 2 . Astfel, energia este întotdeauna asociată cu M. (și invers). Prin urmare, nu există o lege separată (ca în fizica clasică) a conservării materiei și legea conservării energiei, acestea sunt fuzionate într-o singură lege a conservării energiei totale (adică, inclusiv energia de repaus a particulelor). O împărțire aproximativă în legea conservării energiei și legea conservării energiei este posibilă numai în fizica clasică, când vitezele particulelor sunt mici (v<< с ) и не происходят процессы превращения частиц.

În mecanica relativistă, magnetismul nu este o caracteristică aditivă a unui corp. Când două particule se combină pentru a forma o stare stabilă compusă, se eliberează un exces de energie (egal cu energie de legare) DE, care corespunde lui M. Dm = DE/s 2 . Prin urmare, M-ul unei particule compozite este mai mic decât suma M-ului particulelor sale constitutive cu cantitatea DE/c 2 (așa-numitul defect de masă). Acest efect este deosebit de pronunțat în reactii nucleare. De exemplu, M. unui deuteron (d) este mai mic decât suma M. a unui proton (p) și a unui neutron (n); defectul M. Dm este asociat cu energia E g a cuantumului gamma (g) creată în timpul formării unui deuteron: p + n ® d + g, E g = Dm c 2 . Un defect al metalului care apare în timpul formării unei particule compuse reflectă legătura organică dintre metal și energie.

Unitatea lui M în sistemul de unități GHS este gram, și în Sistemul Internațional de Unități SI ‒ kilogram. M al atomilor și al moleculelor este de obicei măsurat în unități de masă atomică. Se obișnuiește să se exprime M-ul particulelor elementare fie în unități ale M-ului unui electron m e, fie în unități de energie, indicând energia de repaus a particulei corespunzătoare. Deci, M-ul unui electron este 0,511 MeV, M-ul unui proton este 1836,1 m e, sau 938,2 MeV etc.

Natura lui M. este una dintre cele mai importante probleme nerezolvate ale fizicii moderne. Este în general acceptat că magnetismul unei particule elementare este determinat de câmpurile care sunt asociate cu aceasta (electromagnetice, nucleare și altele). Cu toate acestea, o teorie cantitativă a matematicii nu a fost încă creată. De asemenea, nu există nicio teorie care să explice de ce moleculele particulelor elementare formează un spectru discret de valori, cu atât mai puțin unul care să facă posibilă determinarea acestui spectru.

În astrofizică, magnetismul unui corp care creează un câmp gravitațional este determinat de așa-numitul raza gravitationala corp R gr = 2GM/s 2 . Datorită atracției gravitaționale, nicio radiație, inclusiv lumina, nu poate scăpa dincolo de suprafața unui corp cu raza R £ R gr. Stelele de această dimensiune vor fi invizibile; de aceea li s-au numit " gauri negre" Astfel de corpuri cerești trebuie să joace un rol important în Univers.

Lit.: Jammer M., Conceptul de masă în fizica clasică și modernă, traducere din engleză, M., 1967; Khaikin S.E., Fundamentele fizice ale mecanicii, M., 1963; Manual elementar de fizică, editat de G. S. Landsberg, ed. a VII-a, vol. 1, M., 1971.

Da. A. Smorodinsky.

Marea Enciclopedie Sovietică. - M.: Enciclopedia Sovietică. 1969-1978 .

Vedeți ce înseamnă „Masa (cantitate fizică)” în alte dicționare:

- (lat. massa, lit. bulgăre, bulgăre, bucată), fizic. dimensiune, una dintre principalele caracterul materiei, determinându-i proprietățile inerțiale și gravitaționale. Sf. Va. Conceptul de „M”. a fost introdus în mecanică de I. Newton în determinarea impulsului (viteza de mișcare) a unui corp, impulsul p este proporțional... ... Enciclopedie fizică

- (lat. massa). 1) cantitatea de substanță dintr-un obiect, indiferent de formă; corp, materie. 2) în cămin: o cantitate semnificativă de ceva. Dicționar de cuvinte străine incluse în limba rusă. Chudinov A.N., 1910. MESA 1) la fizică, cantitate... ... Dicționar de cuvinte străine ale limbii ruse

- – 1) în sensul științific natural, cantitatea de substanță conținută în organism; rezistența unui corp la o modificare a mișcării sale (inerție) se numește masă inerțială; Unitatea fizică de masă este masa inertă a 1 cm3 de apă, care este 1 g (gram... ... Enciclopedie filosofică

GREUTATE- (în sensul comun), cantitatea de substanță conținută într-un corp dat; definiţia exactă rezultă din legile de bază ale mecanicii. Conform celei de-a doua legi a lui Newton, „modificarea mișcării este proporțională cu forța care acționează și are... ... Marea Enciclopedie Medicală

Fiz. valoare care caracterizează dinamica Sf. Va Tepa. I. m este inclusă în a doua lege a lui Newton (și, prin urmare, este o măsură a inerției unui corp). Egal cu gravitația masa (vezi MASS). Dicționar enciclopedic fizic. M.: Enciclopedia Sovietică. Redactor-șef A... Enciclopedie fizică

- (masă grea), fizică. o cantitate care caracterizează starea unui corp ca sursă de gravitație; egal cu masa inerțială. (vezi GREUTATE). Dicționar enciclopedic fizic. M.: Enciclopedia Sovietică. Redactor-șef A. M. Prohorov. 1983... Enciclopedie fizică

Fiz. o valoare egală cu raportul dintre masă și cantitate în va. Unitatea M. m (în SI) kg/mol. M = m/n, unde M M. m în kg/mol, m masa în VA în kg, n cantitate în VA în moli. Valoarea numerică a lui M. m., expres. în kg/mol, egal. greutate moleculară împărțită la... Marele Dicționar Politehnic Enciclopedic - dimensiune, caracteristici ale fizicii. obiecte sau fenomene ale lumii materiale, comune multor obiecte sau fenomene în calități. în relaţie, dar individual în cantitate. respect pentru fiecare dintre ei. De exemplu, masa, lungimea, suprafața, volumul, forța electrică. curent F... Big Enciclopedic Polytechnic Dictionary

Definiţie

În mecanica newtoniană, masa unui corp este o mărime fizică scalară, care este o măsură a proprietăților sale inerțiale și o sursă de interacțiune gravitațională. În fizica clasică, masa este întotdeauna o mărime pozitivă.

Greutate– mărime aditivă, ceea ce înseamnă: masa fiecărui set de puncte de material (m) este egală cu suma maselor tuturor părților individuale ale sistemului (m i):

În mecanica clasică ei consideră:

• greutatea corporală nu depinde de mișcarea corpului, de influența altor corpuri sau de locația corpului;
• legea conservării masei este îndeplinită: masa unui sistem mecanic închis de corpuri este constantă în timp.

Masa inertă

Proprietatea de inerție a unui punct material este că, dacă o forță externă acționează asupra punctului, atunci acesta experimentează o accelerație de mărime finită. Dacă nu există influențe externe, atunci în cadrul de referință inerțial corpul este în repaus sau se mișcă uniform și rectiliniu. Masa face parte din a doua lege a lui Newton:

unde masa determină proprietățile inerțiale ale unui punct material (masa inerțială).

Masa gravitațională

Masa unui punct material este inclusă în legea gravitației universale și determină proprietățile gravitaționale ale unui punct dat. În același timp, se numește masă gravitațională (grea).

S-a constatat empiric că pentru toate corpurile raporturile dintre masele inerțiale și cele gravitaționale sunt aceleași. În consecință, dacă alegem corect valoarea gravitației constante, putem obține că pentru orice corp masele inerțiale și gravitaționale sunt aceleași și sunt asociate cu forța gravitațională (F t) a corpului selectat:

unde g este accelerația căderii libere. Dacă observațiile sunt făcute în același punct, atunci accelerațiile gravitației sunt aceleași.

Formula pentru calculul masei prin densitatea corpului

Greutatea corporală poate fi calculată astfel:

unde este densitatea substanței corpului, unde integrarea se realizează pe volumul corpului. Dacă corpul este omogen (), atunci masa poate fi calculată ca:

Masa în relativitatea specială

În SRT, masa este invariabilă, dar nu aditivă. Acesta este definit aici ca:

unde E este energia totală a unui corp liber, p este impulsul corpului, c este viteza luminii.

Masa relativistă a unei particule este determinată de formula:

unde m 0 este masa în repaus a particulei, v este viteza particulei.

Unitatea de bază de masă în sistemul SI este: [m]=kg.

În GHS: [m]=gr.

Exemple de rezolvare a problemelor

Exemplu

Exercita. Două particule zboară una spre alta cu viteze egale cu v (viteza este apropiată de viteza luminii).

Când se ciocnesc, are loc un impact complet inelastic. Care este masa particulei care s-a format după ciocnire? Masele particulelor înainte de ciocnire sunt egale cu m. Soluţie.

Într-o coliziune absolut inelastică a particulelor care înainte de impact aveau aceleași mase și viteze, se formează o particulă staționară (Fig. 1) a cărei energie de repaus este egală cu:

În cazul nostru, legea conservării energiei mecanice este îndeplinită. Particulele au doar energie cinetică.

În funcție de condițiile problemei, viteza particulelor este apropiată de viteza luminii, așadar? Operăm cu conceptele mecanicii relativiste:

Din expresia (1.3) rezultă că masa particulei rezultată în urma fuziunii este egală cu:

Exemplu

Exercita. Care este masa a 2m 3 de cupru?

Mai mult, dacă se cunoaște o substanță (cuprul), atunci poți folosi o carte de referință pentru a-i găsi densitatea. Densitatea cuprului va fi considerată egală cu Cu = 8900 kg/m 3. Pentru calcule se cunosc toate cantitățile. Hai să facem calculele.

DESPRE ESENȚA FIZICĂ A MASEI

Brusin S.D., Brusin L.D.

[email protected]

Adnotare. Se explică esența fizică a masei dată de Newton și se arată că în manualele moderne esența fizică a masei este distorsionată.

Parametru greutate introdus pentru prima dată de Newton și formulat după cum urmează: „Cantitatea de materie (masa) este o măsură a acesteia, stabilită proporțional cu densitatea și volumul ei”. Cantitatea de substanță a fost determinată anterior prin cântărirea acesteia. Cu toate acestea, se știe, de exemplu, că aceeași bucată de aur cântărește mai mult la pol decât la ecuator. Prin urmare, introducerea unui parametru simplu care determină clar cantitatea de materie (substanță) din corp este cel mai mare merit al geniului lui Newton. Acest lucru a permis formula legile mișcării și interacțiunii corpurilor.

În primul rând, Newton dă definiția impulsului unui corp ca fiind proporțional cu cantitatea de materie (masă) a corpului și apoi dă definiția inerției corpului (indicând proporționalitatea acestuia cu masa corpului) în următoarea formulare: „ Puterea înnăscută a materiei Există o capacitate inerentă de rezistență, prin care orice corp individual, deoarece este lăsat singur, își menține starea de repaus sau mișcare rectilinie uniformă.” Această definiție a stat la baza primei legi a lui Newton. Vom acorda atenție că inerția unui corp este o proprietate a materiei caracterizată de masa corpului.

În conformitate cu legea lui Newton II, cantitatea de materie (masa) unui corp afectează accelerația primită de corp sub aceeași forță și, în conformitate cu legea gravitației universale a lui Newton, toate corpurile sunt atrase unele de altele cu o forță care este direct proportionala cu produsul maselor (cantitatea de materie) tel; aceste forțe se numesc forțe gravitaționale. Această lege a fost demonstrată experimental pentru orice corp de către Cavendish. Astfel, aceeași masă corporală are proprietăți gravitaționale și inerțiale (conform expresiei lui Newton, aceasta se datorează faptului că Vnăscut prin forța materiei).

În știința modernă, este dată următoarea definiție a masei: „Masa unui corp este o mărime fizică care este o măsură a proprietăților sale inerțiale și gravitaționale”. Nu știm cine și de ce trebuia să distorsioneze sensul fizic profund și simplu al conceptului de masă dat de Newton (masa nu este o măsură a proprietăților inerțiale ale unui corp, dar proprietățile inerțiale ale unui corp sunt determinate de masa acestuia). ). Istoricii științei trebuie să se confrunte cu această problemă importantă. Distorsiunea esenței fizice a masei a condus la următoarele:

1. Au apărut concepte masa inertăŞi masa gravitationala,și a fost nevoie de efort considerabil și de numeroase experimente ale lui Eotvos pentru a demonstra egalitatea maselor inerțiale și gravitaționale, deși definiția masei dată de Newton arată clar că există o singură masă, dar aceasta are proprietăți inerțiale și gravitaționale.

2. La o înțelegere incorectă a esenței fizice a parametrilor asociați cu o înțelegere incorectă a masei. De exemplu, esența densității unui corp nu este cantitatea de inerție pe unitate de volum, ci cantitatea de materie (substanță) pe unitate de volum.

O înțelegere eronată a esenței fizice a masei este dată în toate manualele, inclusiv în școală și generația tânără percepe incorect esența fizică a maselor. De aceea această situaţie trebuie corectată prin introducerea în toate manualele a definiţiei de mai sus a masei dată de Newton

Literatură:

1. Newton, I. „Principii matematice ale filosofiei naturale”,

M., „Știință”, 1989, p. 22

2. Ibid., p. 25

3. Detlaf A. A., Yavorsky B. M. Handbook of Physics, M. „Nauka”, 1974, p. 36