Какое явление материального мира положено в основу измерений массы взвешиванием

Обновлено: 17.06.2024

Как свидетельствуют многочисленные эксперименты и наш повседневный опыт, чтобы неподвижное тело сдвинулось с места, на него должно подействовать другое тело. С другой стороны, чтобы остановить тело, уже находящееся в движении, или изменить его траекторию, также необходимо внешнее воздействие (обычно, причиной остановки в механике является трение; причиной изменения траектории - столкновение с другим телом и т.п.).

Возникает вопрос: а что будет с телом, если на него не действуют никакие другие тела?

Очевидно, если тело покоилось, то оно продолжит покоиться.

А если оно двигалось, что тогда произойдет?

	Проведем серию из трёх опытов, в каждом из которых металлический шарик будет скатываться по наклонной плоскости на горизонтальную поверхность. В первом опыте горизонтальная поверхность посыпана песком, во втором – остается чистой, в третьем – покрыта отполированным металлическим листом. В каждом опыте отметим расстояние, пройденное шариком до остановки. Очевидно, что чем меньше трение, тем дальше прокатится шарик, тем дольше он сможет сохранять свою скорость, тем ближе его движение будет к равномерному.

А теперь представим себе идеальный случай: трение полностью отсутствует.

В этом случае шарик будет двигаться с постоянной скоростью бесконечно долго.

Закон инерции
Если на тело не действуют другие тела, оно либо покоится, либо движется прямолинейно и равномерно.

В 1644 г. Рене Декарт уточнил формулировку Галилея, указав, что для изменения направления скорости также необходимо внешнее воздействие. Т.к. при равномерном движении по окружности направление скорости всё время меняется, оно не является свободным. Следовательно, свободное движение может быть только прямолинейным.

п.2. Инертность тела

Благодаря инертности, тело не может мгновенно перейти из состояния покоя в движение или из состояния движения в покой. Для изменения скорости тела необходимо определенное время.

При взаимодействии инертность проявляется в том, что разные тела под одинаковым внешним воздействием получают разные ускорения (об ускорении - см. §11 данного справочника).

п.3. Инертная и гравитационная масса

Инертная масса – это количественная мера инертности, показатель того, в какой степени данное тело будет препятствовать изменению своей скорости.

Гравитационная масса – это количественная характеристика способности тела к взаимодействию по закону всемирного тяготения.

Масса является одной из семи основных единиц системы СИ (см. §2 данного справочника).

При изучении очень больших или очень малых физических тел удобней использовать внесистемные единицы массы.

Например, в астрофизике единицей для сравнения масс небесных тел служит масса Солнца, \(M_<\odot>\approx 1,99\cdot 10^\ \text\). А в физической химии при определении масс атомов и молекул используется атомная единица массы, равная 1/12 массы свободного покоящегося атома углерода, \(1\ \text\approx 1,66\cdot 10^\ \text\).

п.4. Измерение массы с помощью весов

Весы – это прибор для измерения массы по весу тела на основании принципа эквивалентности инертной и гравитационной масс.

Метод двойного взвешивания (метод Гаусса)
Шаг 1. Поместить тело для взвешивания на левую чашку весов, а на правую чашку весов поставить гири до полного уравновешивания. Записать полученный результат \(m_1\).
Шаг 2. Переложить тело на правую чашку весов, а гири – на левую. Повторить уравновешивание. Записать полученный результат \(m_2\).
Шаг 3. Найти массу тела как среднее арифметическое $$ m=\frac. $$ Абсолютная погрешность двойного взвешивания – это большая из двух величин $$ \Delta m=max(|m_1-m_2|;\ 0,01\textm) $$ т.к. \(\delta_m=0,01\text\) - относительная погрешность для весов класса точности III.

п.5. Плотность вещества

Плотность вещества однородного тела – это физическая величина, равная отношению массы тела к его объему: $$ \rho=\frac mv $$

Плотности различных веществ тщательно измерены и занесены в справочные таблицы.

Плотности в справочнике даны для химически чистых веществ (содержание основного вещества 98% и выше), при нормальных условиях (давление 760 мм рт.ст. и температура 0°С), если не указаны другие значения давления и температуры.

Плотность зависит от следующих свойств вещества:

• масса молекул (атомов) вещества. Например, масса атомов алюминия 27 а.е.м., а атомов золота 197 а.е.м. При этом плотность алюминия 2700 кг/м 3 , а плотность золота 19300 кг/м 3 , что приблизительно соответствует соотношению масс атомов. Небольшое различие можно объяснить большим расстоянием между более крупными атомами золота в кристаллической решетке (гранецентрированный куб, как для алюминия, так и для золота).
• расположение частиц вещества. Например, расстояния между слоями атомов углерода в графите в 3 раза больше, чем межатомные расстояния в самих слоях; а вот в алмазе атомы углерода упакованы очень плотно. В результате плотность графита 2160 кг/м 3 , а плотность алмаза 3510 кг/м 3 , хотя оба вещества состоят из атомов углерода.
• агрегатное состояние, в котором находится вещество. Наименьшие плотности у газов, наибольшие – у твердых веществ. Например, плотность воздуха (газ) 1,29 кг/м 3 , плотность воды (жидкость) 1000 кг/м 3 , плотность железа (твердое тело) 7900 кг/м 3 .

п.6. Задачи

Задача 1. Найдите плотность мела, если масса кусочка равна 7,2 г, а объем – 3,6 см 3 .

Задача 2. Найдите объем тела человека массой 60 кг, ели средняя плотность человеческого тела равна плотности воды. Ответ дайте в литрах.

Плотность \(\rho=\frac mv \Rightarrow\) Объем \(V=\frac mp\) $$ V=\frac=0,06\ (\text^3)=60\ (\text) $$ Ответ: 60 л.

Задача 3. Алюминиевая кастрюля имеет массу 0,5 кг. Если кастрюлю таких же размеров изготовить из стали, какая у неё будет масса?

У кастрюль одинаковых размеров одинаковый объем. Получаем: \begin V=\frac=\frac\Rightarrow m_2=\fracm_1\\ m_2=\frac\cdot 0,5\approx 1,4\ (\text) \end Ответ: ≈1,4 кг.

Задача 4*. В банку, до краев наполненную водой, опустили кусок золота массой 1 кг. В другую такую же банку опустили кусок меди массой 1 кг. Где больше вылилось воды и насколько больше? (ответ дайте в миллилитрах).

Объем вытесненной воды равен объему погруженного тела: $$ V_1=\frac,\ V_2=\frac $$ Т.к. \(\rho_1\gt \rho_2, V_1\lt V_2\), объем воды, вытесненной медью, больше. $$ \Delta V=V_2-V_1=\frac-\frac=m\left(\frac-\frac\right)=m\frac $$ Подставляем: \begin \Delta V=1\cdot\frac\approx 6,01\cdot 10^\ \text^3\\ 1\ \text=10^\ \text^3,\ \ 1\ \text=1\ \text^3=10^\ \text=10^\ \text^3\\ \Delta V\approx 60,1\ \text \end Ответ: ≈60,1 мл; больше вылилось во втором случае, для меди.

п.7. Лабораторная работа №5. Определение плотности жидкостей

Цель работы
Научиться измерять массу и объем жидкостей. Научиться определять жидкости по плотности, оценивать погрешность полученных результатов.

Теоретические сведения
Для определения массы тел в данной работе используется метод двойного взвешивания (см. выше в данном параграфе).

Масса тела определяется как среднее арифметическое двух взвешиваний на разных чашках весов: $$ m=\frac. $$ Абсолютная погрешность двойного взвешивания – это большая из двух величин $$ \Delta m=max(|m_1-m_2|;\ 0,01\textm) $$ Пусть масса стакана с жидкостью равна \(M\), абсолютная погрешность этого взвешивания \(\Delta M\); масса пустого стакана \(m_>\), абсолютная погрешность \(\Delta m_>\). Тогда масса жидкости $$ m=M-m_> $$ Абсолютная и относительная погрешности определения массы жидкости $$ \Delta m=\Delta M+\Delta m_>,\ \ \delta_m=\frac\cdot 100\text $$ Мерный цилиндр проградуирован в миллилитрах. Для расчёта плотности жидкости в системе СИ необходимо помнить, что $$ 1\ \text=1\ \text^3=10^\ \text^3 $$ Абсолютная погрешность измерения объема жидкости равна половине цены деления мерного цилиндра $$ \Delta V=\frac d2 $$ Относительная погрешность равна $$ \delta_V=\frac\cdot 100\text. $$ Плотность жидкости равна $$ \rho=\frac mv. $$ Относительная погрешность результата $$ \delta_=\delta_m+\delta_V. $$ Абсолютная погрешность результата $$ \Delta\rho=\rho\cdot \delta_ $$ Перевод полученных результатов в систему СИ $$ 1\frac>^3>= \frac\ \text><10^\ \text^3>=10^3\frac<\text><\text^3>=1000\frac<\text><\text^3> $$

Приборы и материалы
Два стакана с неизвестными жидкостями; мерный цилиндр; весы с разновесом.

Ход работы
1. Приготовьте весы к взвешиванию.
2. Поставьте на весы первый стакан с жидкостью. Методом двойного взвешивания определите массу стакана и жидкости \(M_1\). Оцените абсолютную погрешность взвешивания.
3. Вылейте жидкость из первого стакан в мерный цилиндр и определите её объем \(V_1\). Оцените абсолютную погрешность измерения объема.
4. Методом двойного взвешивания определите массу первого стакана \(m_>\). Оцените абсолютную погрешность взвешивания.
5. По формулам, данным в теоретической части, определите плотность жидкости, относительную и абсолютную погрешности полученного результата.
6. По таблице в справочнике определите, какая жидкость находится в первом стакане.
7.-11. Повторите шаги 2.-6. для второго стакана с жидкостью.
12. Сделайте выводы о проделанной работе.

Результаты измерений и вычислений

Цена деления мерного цилиндра \(d=1\ \text=1\ \text^3\)
Первый стакан

Стадии двойного взвешивания	\(M,\ \text\)	\(m_>,\ \text\)
\(m_1\)	151,2	50,1
\(m_2\)	150,8	49,9
\(m=\frac\)	151,0	50,0
\(|m_1-m_2|\)	0,4	0,2
\(0,01\textm\)	0,015	0,005
\(\Delta m\)	0,4	0,2

Масса первой жидкости

\begin m=151,0-50,0=101,0,\\ \Delta m=0,4+0,2=0,6,\\ \delta_m=\frac\cdot 100\text=0,59\text \end

Объем первой жидкости

\begin V=109\ \text,\\ \Delta V=\frac d2=0,5\ \text,\\ \delta_V=\frac\cdot 100\text=0,46\text \end

Плотность первой жидкости

В первом стакане – подсолнечное масло.

Второй стакан

Стадии двойного взвешивания	\(M,\ \text\)	\(m_>,\ \text\)
\(m_1\)	100,4	50,0
\(m_2\)	100,2	49,9
\(m=\frac\)	100,3	49,95≈50,0
\(|m_1-m_2|\)	0,2	0,1
\(0,01\textm\)	0,01	0,005
\(\Delta m\)	0,2	0,1

Масса второй жидкости

\begin m=100,3-50,0=50,3,\\ \Delta m=0,2+0,1=0,3,\\ \delta_m=\frac\cdot 100\text=0,6\text \end

Объем второй жидкости

\begin V=50\ \text,\\ \Delta V=\frac d2=0,5\ \text,\\ \delta_V=\frac\cdot 100\text=1,0\text \end

Плотность второй жидкости

Во втором стакане – вода.

Выводы
На основании проделанной работы можно сделать следующие выводы.

Для определения плотности жидкости в работе методом двойного взвешивания измерялась масса (стакана с жидкостью и пустого стакана) и объем жидкости в мерном цилиндре.

Результаты для двух данных жидкостей

По таблицам в справочнике было определено, что в первом стакане – растительное масло, а во втором – вода. Полученные результаты также подтверждаются цветом (желтоватый – для масла, прозрачный – для воды) и запахом (характерный запах у масла и отсутствие запаха у воды).

п.8. Лабораторная работа №6. Определение плотности твердых тел

Цель работы
Научиться измерять массу и объем твердых тел неправильной формы. Научиться определять вещества твердых тел по плотности, оценивать погрешность полученных результатов.

Теоретические сведения
Для определения массы тел в данной работе используется метод двойного взвешивания (см. выше в данном параграфе).

Масса тела определяется как среднее арифметическое двух взвешиваний на разных чашках весов: $$ m=\frac. $$ Абсолютная погрешность двойного взвешивания – это большая из двух величин $$ \Delta m=max(|m_1-m_2|;\ 0,01\textm) $$ Относительная погрешность $$ \delta_m=\frac\cdot 100\text $$ Объем твердого тела неправильной формы определяется с помощью погружения в жидкость.
Пусть объем жидкости в мерном цилиндре до погружения тела \(V_0\), после погружения – \(V'\).
Тогда объем самого тела \(V=V'-V_0\).
Абсолютная погрешность измерения объема равна половине цены деления мерного цилиндра \(\Delta V_0=\frac d2\) для прямого измерения. Для разности двух прямых измерений общая абсолютная погрешность $$ \Delta V=2\Delta V_0=d $$ Относительная погрешность $$ \delta_V=\frac dV\cdot 100\text. $$ Плотность твердого тела равна $$ \rho=\frac mv. $$ Относительная погрешность результата $$ \delta_=\delta_m+\delta_V. $$ Абсолютная погрешность результата $$ \Delta\rho=\rho\cdot \delta_ $$ Перевод полученных результатов в систему СИ $$ 1\frac>^3>= \frac\ \text>\ \text^3>=10^3\frac<\text><\text^3>=1000\frac<\text><\text^3> $$

Приборы и материалы
Мерный цилиндр, наполненный водой наполовину; два тела неправильной формы из металлов; весы с разновесом.

Ход работы
1. Приготовьте весы к взвешиванию.
2. Методом двойного взвешивания определите массу первого тела. Найдите абсолютную и относительную погрешность взвешивания.
3. С помощью погружения первого тела в жидкость найдите его объем. Абсолютная погрешность равна цене деления мерного цилиндра. Рассчитайте относительную погрешность.
4. По формулам, данным в теоретической части, определите плотность твердого тела, относительную и абсолютную погрешности полученного результата.
5. По таблице в справочнике определите, из какого вещества изготовлено первое тело.
6-9. Повторите шаги 2.-5. для второго твердого тела неправильной формы.
10. Сделайте выводы о проделанной работе.

Результаты измерений и вычислений

Цена деления мерного цилиндра \(d=0,5\ \text=0,5\ \text^3\)
Первое тело

Стадии двойного взвешивания	\(m,\ \text\)
\(m_1\)	22,34
\(m_2\)	22,38
\(m=\frac\)	22,36
\(|m_1-m_2|\)	0,04
\(0,01\textm\)	0,002
\(\Delta m\)	0,04
\(\delta m\)	0,18%

Стадии определения объема	\(V,\ \text^3\)
\(V_0\)	50,0
\(V'\)	58,5
\(V=V'-V_0\)	8,5
\(\Delta V=d\)	0,5
\(\delta_V\)	5,9%

Плотность первого тела

Первое тело изготовлено из алюминия.

Второе тело

Стадии двойного взвешивания	\(m,\ \text\)
\(m_1\)	101,21
\(m_2\)	101,27
\(m=\frac\)	101,25
\(|m_1-m_2|\)	0,06
\(0,01\textm\)	0,005
\(\Delta m\)	0,06
\(\delta m\)	0,06%

Стадии определения объема	\(V,\ \text^3\)
\(V_0\)	50,0
\(V'\)	63,0
\(V=V'-V_0\)	13,0
\(\Delta V=d\)	0,5
\(\delta_V\)	3,8%

Плотность второго тела

Второе тело изготовлено из железа.

Выводы
На основании проделанной работы можно сделать следующие выводы.

Для определения плотности твердых металлических тел неправильной формы в работе методом двойного взвешивания измерялась масса тел. Объем определялся методом погружения в мерном цилиндре.

Результаты для двух данных тел

По таблицам в справочнике было определено, что первое тело изготовлено из алюминия, второе – из железа.

Сертификат и скидка на обучение каждому участнику

Выбранный для просмотра документ Масса тела. Единицы массы. Измерение массы.doc

Масса тела. Единицы массы. Измерение массы тела на весах

Цель урока : Изучение физической величины по обобщенному плану, расширение кругозора учащихся

Основные задачи :

Обеспечить в ходе урока повторение и закрепление знаний учащихся

В процессе урока показать социальную значимость изучаемого материала

Формировать у учащихся интерес к своему предмету;

Продолжить формирование научно-диалектического мировоззрения

Воспитывать трудолюбие, взаимопонимание между учеником и учителем, трудолюбие

Развивать логическое мышление, вычислительные навыки, память

Развивать умение излагать полученную информацию

Развивать умение переключать внимание при смене рода деятельности.

Техническое обеспечение урока : компьютер, мультимедийный проектор, экран

Оборудование : Весы, демонстрационные весы, наборы гирь разной массы.

II. Актуализация знаний.

1. Фронтальный опрос с целью повторения пройденного материала: (слайд 3)

С каким явлением мы познакомились на прошлом уроке? (Инерция)

Что называем инерцией?

Почему брошенный мячик продолжает лететь вверх уже после того, как ты выпустил его из рук?

Почему лыжник, докатившись до конца трамплина, не падает вертикально вниз, а описывает в воздухе длинную пологую дугу?

Почему бегун, споткнувшись, падает вперед, а не назад?

Почему шофер, увидев шалуна, перебегающегося через дорогу, не может остановить машину сразу?

III . Демонстрация опыта с тележками

Перед изложением нового материала, демонстрируется опыт с тележками. в первом опыте, когда мы рассматриваем систему "тележка - пластинка" механическое движение не возникает.

При взаимодействии двух тележек и пластинки мы наблюдаем возникновение механического движения у двух тележек. делая разными грузы на тележках, мы замечаем, что они приобретают различные скорости.

Итог демонстрационного опыта на слайде 4. Действие тел друг на друга называют взаимодействием .

Примеры взаимодействия на слайде 5.

Главный вывод: взаимодействие тел приводит к изменению их скоростей. причем, скорости изменяются по-разному. Если тело при взаимодействии с другим меньше изменяет свою скорость, то говорят, что оно более инертно

IV . Изучение нового материала.

Из приведенных опытов можно сделать вывод, что тела большей массы более инертны, чем тела меньшей массы. (слайды 6)

Т.О., масса - это мера инертности тел . Следовательно, инертность - свойство присуще всем материальным объектам (материальным точкам)

Зная массу одного из тел, мы всегда можем оценить массу другого: (слайд 7)

если при взаимодействии скорости тел меняется одинаково, то массы тел равны.

если нет, то массу второго тела можно вычислить из соотношения скоростей.

Масса в физике обозначается буквой m , происходит от греч. слова μάζα — кусок, глыба, ком.

Масса как научный термин была введена И. Ньютоном. (слайд 8)

За единицу массы в СИ принят 1 кг. (слайд 9). Производными единицами являются:

1 m =1000кг

1мг=0,000001кг

Эталон массы изготовлен из платиново-иридиевого сплава и хранится в городе Севре во Франции. (слайд 10)

С эталона изготовлены копии: в России хранится копия №12, в США – № 20.

Любое реально существующее тело обладает массой. Тела имеют различные массы.

Примеры масс (слайд 11)

Установи соответствие между живым существом и его массой (слайд 12)

Физкультминутка (слайд 13)

Самый простой способ определения массы - взвешивание. Средством для взвешивания являются весы. Различают несколько типов весов. (слайды 14-19)

Учебные весы - рычажные весы.(слайд 20) Принцип взвешивания на рычажных весах заключается в уравновешивании. В состоянии равновесия суммарная масса гирь известной массы равна массе взвешиваемого тела.

Правила взвешивания массы тела на весах (слайд 21)

Т.О. измерить массу тел можно двумя способами:

1. не зависят от рода взаимодействия.

3. Изменяется при движении со скоростью, близких к скорости света.

V . Закрепление пройденного. Решение задач

С целью первичного закрепления пройденного материала разбираем задачи (слайды 22-23) и отвечаем на вопросы "Самое главное" (слайд 24)

Домашнее задание (слайд 25)

Дополнительная информация:

Масса и инертность (слайд 25)

Знаю я с седьмого класса:

Главное для тела – масса.

если масса велика,

Жизнь для тела нелегка:

С места тело трудно сдвинуть,

Трудно вверх его подкинуть,

Трудно скорость изменить.

Только в том кого винить?

Выбранный для просмотра документ Масса тела. Единицы массы. Измерение массы.ppt

Международный эталон килограмма, сделан в виде цилиндра, имеющего диаметр и высоту 39,17 мм.
Материал — сплав, содержащий 90 % платины и 10 % иридия.
Эталон хранится в штаб-квартире

Содержание

Принцип эквивалентности

Все явления в гравитационном поле происходят точно так же, как в соответствующем поле сил инерции, если совпадают напряжённости этих полей и одинаковы начальные условия для тел системы.

Гравитационная масса — характеристика тел в классической механике, являющаяся мерой их гравитационного взаимодействия. Отличается по определению от инертной массы, которая определяет динамические свойства тел.

Как установлено экспериментально, эти две массы пропорциональны друг другу. Не было обнаружено никаких отклонений от этого закона, поэтому новых единиц измерения для инерционной массы не вводят (используют единицы измерения гравитационной массы) и коэффициент пропорциональности считают равным единице, что позволяет говорить и о равенстве инертной и гравитационной масс.

Можно сказать, что первая проверка пропорциональности двух видов массы была выполнена Галилео Галилеем, который открыл универсальность свободного падения. Согласно опытам Галилея по наблюдению ускорением свободного падения. Сейчас эти опыты можно трактовать так: увеличение силы, действующей на более массивное тело со стороны гравитационного поля Земли, полностью компенсируется увеличением его инертных свойств.

На равенство инертной и гравитационной масс обратил внимание ещё Ньютон, он же впервые доказал, что они отличаются не более чем на 0,1 % (иначе говоря, равны с точностью до 10 −3 ) [9] . На сегодняшний день это равенство экспериментально проверено с очень высокой степенью точности (чувствительность к относительной разности инертной и гравитационной масс в лучшем эксперименте на 2009 год равна (0,3±1,8)×10 −13 ) [6] [7] .

Определение массы

Возможные 4-импульсы тел с нулевой и положительной массой покоя. Векторы 4-импульса, построенные от точки пересечения осей до любой точки на зелёной гиперболе, имеют одну и ту же (положительную) длину, то есть массу частицы, несущей этот четырёхимпульс, и различаются энергией и 4-скоростью частицы. Ускорение частицы сводится к движению конца 4-импульса по гиперболе. Векторы четырёхимпульса, построенные от точки пересечения осей до любой точки на синих полупрямых, имеют нулевую длину и могут относиться только к частицам нулевой массы (например, фотонам). Энергия этих частиц (с точностью до коэффициента c) равна модулю их 3-импульса.

,

где E — полная энергия свободного тела, p — его импульс, c — скорость света.

— — 4-импульс .

— масса определяется энергией покоя ( планковской или же в принятой в физике элементарных частиц системе единиц, в которой масса, импульс и энергия измеряются в электронвольтах):

. В ОТО: p^p^>>>" width="" height="" />
.

Следует, однако, отметить, что частицы с нулевой массой (фотон и гипотетический гравитон) двигаются в вакууме со скоростью света (c ≈ 300 000 км/с), и поэтому не существует системы отсчёта, в которой бы они покоились. Напротив, частицы с ненулевой массой всегда движутся медленнее скорости света.

В современной терминологии термин масса применяется вместо терминов инвариантная масса или масса покоя, являясь полностью эквивалентным им по смыслу. В некоторых ситуациях (особенно в популярной литературе) это, однако, уточняется явно, чтобы избежать путаницы из-за понимания термина масса в другом — устаревшем — смысле, описанном в этом параграфе.

; единичный вектор, направленный вдоль мировой линии частицы).

Также можно записать ковариантный эквивалент второго закона Ньютона:

— 4-ускорение (кривизна мировой линии частицы).

Масса составных и нестабильных систем

Масса элементарной частицы постоянна, и одинакова у всех частиц данного античастиц. Однако масса массивных тел, составленных из нескольких элементарных частиц (например, ядра или атома) может зависеть от их внутреннего энергии связи, делённой на квадрат скорости света.

. При описании такой системы при помощи квантовой механики удобно считать массу комплексной, с мнимой частью равной означенному Δm.

Классификация частиц по значению массы

Масса известных на сей день частиц является, в общем, неотрицательной величиной, и должна быть равна нулю для тела, движущегося со скоростью света (фотон). Понятие массы особенно важно для физики элементарных частиц, так как позволяет отделять безмассовые частицы (всегда двигающиеся со скоростью света) от массивных (скорость которых всегда ниже скорости света). Кроме того, масса практически однозначно позволяет идентифицировать частицу (с точностью до Положительная масса

Основная статья: Стандартной модели: лептоны (включая нейтрино, которые в первоначальной версии Стандартной модели считались безмассовыми), кварки, барионы (в том числе протон и нейтрон) и мезоны.

Нулевая масса

Основная статья: фотоны и глюоны, а также гипотетические гравитоны. Такие частицы в свободном состоянии могут двигаться только со скоростью света. Но поскольку из квантовой хромодинамики следует, что глюоны в свободном состоянии не существуют, то непосредственно наблюдать движущимися со скоростью света можно только фотоны (собственно, именно поэтому её называют скоростью света). Долгое время считалось, что нейтрино также имеют нулевую массу, однако обнаружение вакуумных нейтринных осцилляций свидетельствует о том, что масса нейтрино хоть и очень мала, но не равна нулю.

Следует отметить, что комбинация нескольких частиц нулевой массы может (а в случае, например, Отрицательная масса

Основная статья: закона сохранения импульса. В то же время в общей теории относительности допускается существование локальных пространственных областей с отрицательной плотностью энергии-импульса. В частности, подобную область можно создать с помощью [14] .

Мнимая масса

Основная статья: квантовой теории поля мнимая масса может быть введена для рассмотрения тахионной конденсации, не нарушающей принцип причинности.

Единицы измерения массы

Килограмм является одной из семи основных единиц СИ и равен массе международного прототипа килограмма. Это одна из трёх единиц (наряду с секундой и кельвином), которая определена без ссылок на другие основные единицы.

В Международной системе единиц (СИ) масса измеряется в килограммах. Единицей измерения массы в системе СГС является грамм ( 1 ⁄₁₀₀₀ килограмма). Вообще говоря, в любой системе измерения выбор основных (первичных) физических величин, их единиц измерения и их числа произволен — зависит от принимаемого соглашения и масса не всегда входит в их состав — так в системе атомной физике и химии принято сравнивать [соотносить] массу с относительной атомной массой ( физике твёрдого тела — с массой электрона ( Атомная система единиц ), в физике элементарных частиц массу измеряют в электронвольтах. Кроме этих единиц, используемых в науке, существует большое разнообразие исторических единиц измерения массы , которые сохранили свою отдельную сферу использования: длины. Масса очень мелких частиц могут быть определены с помощью величины, обратной к комптоновской длине волны: 1 см -1 ≈ 3,52×10 -41 кг . Масса очень большой звезды или чёрной дыры может быть отождествлена с её гравитационным радиусом: 1 см ≈ 6,73×10 24 кг .

Измерение массы

Прибор для измерения инертной массы тела человека в невесомости (массметр)

Слово масса (лат. massa , от др.-греч. μαζα ) первоначально в античные времена обозначало кусок теста. Позднее смысл слова расширился, и оно стало обозначать цельный, необработанный кусок произвольного вещества; в этом смысле слово используется, например, у Овидия и Плиния [15] .

Долгое время одним из главных законов природы считался закон сохранения массы . Однако в XX веке выяснилось, что этот закон является ограниченным вариантом закона сохранения энергии, и во многих ситуациях не соблюдается.

Международный эталон килограмма, сделан в виде цилиндра, имеющего диаметр и высоту 39,17 мм.
Материал — сплав, содержащий 90 % платины и 10 % иридия.
Эталон хранится в штаб-квартире

Содержание

Принцип эквивалентности

Все явления в гравитационном поле происходят точно так же, как в соответствующем поле сил инерции, если совпадают напряжённости этих полей и одинаковы начальные условия для тел системы.

Гравитационная масса — характеристика тел в классической механике, являющаяся мерой их гравитационного взаимодействия. Отличается по определению от инертной массы, которая определяет динамические свойства тел.

Как установлено экспериментально, эти две массы пропорциональны друг другу. Не было обнаружено никаких отклонений от этого закона, поэтому новых единиц измерения для инерционной массы не вводят (используют единицы измерения гравитационной массы) и коэффициент пропорциональности считают равным единице, что позволяет говорить и о равенстве инертной и гравитационной масс.

Можно сказать, что первая проверка пропорциональности двух видов массы была выполнена Галилео Галилеем, который открыл универсальность свободного падения. Согласно опытам Галилея по наблюдению ускорением свободного падения. Сейчас эти опыты можно трактовать так: увеличение силы, действующей на более массивное тело со стороны гравитационного поля Земли, полностью компенсируется увеличением его инертных свойств.

На равенство инертной и гравитационной масс обратил внимание ещё Ньютон, он же впервые доказал, что они отличаются не более чем на 0,1 % (иначе говоря, равны с точностью до 10 −3 ) [9] . На сегодняшний день это равенство экспериментально проверено с очень высокой степенью точности (чувствительность к относительной разности инертной и гравитационной масс в лучшем эксперименте на 2009 год равна (0,3±1,8)×10 −13 ) [6] [7] .

Определение массы

Возможные 4-импульсы тел с нулевой и положительной массой покоя. Векторы 4-импульса, построенные от точки пересечения осей до любой точки на зелёной гиперболе, имеют одну и ту же (положительную) длину, то есть массу частицы, несущей этот четырёхимпульс, и различаются энергией и 4-скоростью частицы. Ускорение частицы сводится к движению конца 4-импульса по гиперболе. Векторы четырёхимпульса, построенные от точки пересечения осей до любой точки на синих полупрямых, имеют нулевую длину и могут относиться только к частицам нулевой массы (например, фотонам). Энергия этих частиц (с точностью до коэффициента c) равна модулю их 3-импульса.

,

где E — полная энергия свободного тела, p — его импульс, c — скорость света.

— — 4-импульс .

— масса определяется энергией покоя ( планковской или же в принятой в физике элементарных частиц системе единиц, в которой масса, импульс и энергия измеряются в электронвольтах):

. В ОТО: p^p^>>>" width="" height="" />
.

Следует, однако, отметить, что частицы с нулевой массой (фотон и гипотетический гравитон) двигаются в вакууме со скоростью света (c ≈ 300 000 км/с), и поэтому не существует системы отсчёта, в которой бы они покоились. Напротив, частицы с ненулевой массой всегда движутся медленнее скорости света.

В современной терминологии термин масса применяется вместо терминов инвариантная масса или масса покоя, являясь полностью эквивалентным им по смыслу. В некоторых ситуациях (особенно в популярной литературе) это, однако, уточняется явно, чтобы избежать путаницы из-за понимания термина масса в другом — устаревшем — смысле, описанном в этом параграфе.

; единичный вектор, направленный вдоль мировой линии частицы).

Также можно записать ковариантный эквивалент второго закона Ньютона:

— 4-ускорение (кривизна мировой линии частицы).

Масса составных и нестабильных систем

Масса элементарной частицы постоянна, и одинакова у всех частиц данного античастиц. Однако масса массивных тел, составленных из нескольких элементарных частиц (например, ядра или атома) может зависеть от их внутреннего энергии связи, делённой на квадрат скорости света.

. При описании такой системы при помощи квантовой механики удобно считать массу комплексной, с мнимой частью равной означенному Δm.

Классификация частиц по значению массы

Масса известных на сей день частиц является, в общем, неотрицательной величиной, и должна быть равна нулю для тела, движущегося со скоростью света (фотон). Понятие массы особенно важно для физики элементарных частиц, так как позволяет отделять безмассовые частицы (всегда двигающиеся со скоростью света) от массивных (скорость которых всегда ниже скорости света). Кроме того, масса практически однозначно позволяет идентифицировать частицу (с точностью до Положительная масса

Основная статья: Стандартной модели: лептоны (включая нейтрино, которые в первоначальной версии Стандартной модели считались безмассовыми), кварки, барионы (в том числе протон и нейтрон) и мезоны.

Нулевая масса

Основная статья: фотоны и глюоны, а также гипотетические гравитоны. Такие частицы в свободном состоянии могут двигаться только со скоростью света. Но поскольку из квантовой хромодинамики следует, что глюоны в свободном состоянии не существуют, то непосредственно наблюдать движущимися со скоростью света можно только фотоны (собственно, именно поэтому её называют скоростью света). Долгое время считалось, что нейтрино также имеют нулевую массу, однако обнаружение вакуумных нейтринных осцилляций свидетельствует о том, что масса нейтрино хоть и очень мала, но не равна нулю.

Следует отметить, что комбинация нескольких частиц нулевой массы может (а в случае, например, Отрицательная масса

Основная статья: закона сохранения импульса. В то же время в общей теории относительности допускается существование локальных пространственных областей с отрицательной плотностью энергии-импульса. В частности, подобную область можно создать с помощью [14] .

Мнимая масса

Основная статья: квантовой теории поля мнимая масса может быть введена для рассмотрения тахионной конденсации, не нарушающей принцип причинности.

Единицы измерения массы

Килограмм является одной из семи основных единиц СИ и равен массе международного прототипа килограмма. Это одна из трёх единиц (наряду с секундой и кельвином), которая определена без ссылок на другие основные единицы.

В Международной системе единиц (СИ) масса измеряется в килограммах. Единицей измерения массы в системе СГС является грамм ( 1 ⁄₁₀₀₀ килограмма). Вообще говоря, в любой системе измерения выбор основных (первичных) физических величин, их единиц измерения и их числа произволен — зависит от принимаемого соглашения и масса не всегда входит в их состав — так в системе атомной физике и химии принято сравнивать [соотносить] массу с относительной атомной массой ( физике твёрдого тела — с массой электрона ( Атомная система единиц ), в физике элементарных частиц массу измеряют в электронвольтах. Кроме этих единиц, используемых в науке, существует большое разнообразие исторических единиц измерения массы , которые сохранили свою отдельную сферу использования: длины. Масса очень мелких частиц могут быть определены с помощью величины, обратной к комптоновской длине волны: 1 см -1 ≈ 3,52×10 -41 кг . Масса очень большой звезды или чёрной дыры может быть отождествлена с её гравитационным радиусом: 1 см ≈ 6,73×10 24 кг .

Измерение массы

Прибор для измерения инертной массы тела человека в невесомости (массметр)

Слово масса (лат. massa , от др.-греч. μαζα ) первоначально в античные времена обозначало кусок теста. Позднее смысл слова расширился, и оно стало обозначать цельный, необработанный кусок произвольного вещества; в этом смысле слово используется, например, у Овидия и Плиния [15] .

Долгое время одним из главных законов природы считался закон сохранения массы . Однако в XX веке выяснилось, что этот закон является ограниченным вариантом закона сохранения энергии, и во многих ситуациях не соблюдается.

Немного о том, что раньше было просто и понятно

Стыдно сказать, но я до недавнего времени был уверен, что масса это физическая величина, характеризующее количество вещества, и ничто иное. Как-то так получилось.

И в школе объясняли, что это количество вещества, что масса измеряется в килограммах, что в килограммах измеряется и сила притяжения к земле килограмма массы, но килограммы силы определяются на пружинных весах, а килограммы массы – на чашечных.

Потом в институте, при изучении всех предметов, масса была только количеством вещества, особенно по профильным предметам – химии, физхимии, теории металлургических процессов. Наверное, когда проходили Теорию относительности, то физик что-то говорил о массе иное, но кому эта теория нужна в реальной технике и жизни? Нужна была пятерка на экзамене, а этих экзаменов за сессию еще четыре надо сдать, да кучу зачетов.

Самое знаменитое уравнение

Смотрите: если в каком-то объекте выделится вся внутренняя энергия, то осколки этого объекта разлетятся с некой скоростью. Количество вещества всех этих осколков, умноженное на квадрат той скорости каждого осколка, с которой он летит, даст в сумме кинетическую энергию всех осколков. И эта сумма действительно будет пропорциональна внутренней энергии этого объекта.

Если осколки будут разлетаться со скоростью света, то их кинетическую энергию, естественно, можно записать как половинное количество вещества в них, умноженное на квадрат скорости света, естественно, это может быть пропорционально энергии самого объекта. Правильно это уравнение или нет, но физический смысл Е=mс2 был налицо.

Но если в этом пресловутом уравнении масса m это не количество вещества, то тогда что получается?

Инертность это явление сохранения скорости тела в случае, если внешние воздействия на него отсутствуют или взаимно скомпенсированы, то есть, способность тела без воздействия силы сохранять скорость. (Состояние покоя это нулевая скорость). Но разве эту способность килограммами надо измерять?

Примеры. Стоит автомобиль, в котором количество вещества, положим, тысячу килограмм. В него сели четыре блондинки. Количество вещества в автомобиле изменилось процентов на 20, а автомобиль, как стоял, так и стоит, – его скорость не изменилась. Летит вокруг Земли космическая станция, из нее в открытый космос вышел космонавт, изменив количество вещества станции. А скорость станции не изменилась. Так при чем тут килограммы к способности тела не менять скорость?

Ясно, что для изменения способности тела изменять скорость, нужна работа, энергия, и мерой инертности может быть только работа или энергия.

Гравитационная масса показывает, с какой силой тело взаимодействует с внешними гравитационными полями — фактически эта масса положена в основу измерения массы взвешиванием в современной метрологии, и какое гравитационное поле создаёт само это тело (активная гравитационная масса) — эта масса фигурирует в законе всемирного тяготения.

Начнем с первого предложения.

Теперь о том, какие именно свойства современная физика называет массой.

Затем, что это еще не все свойства объекта, на которые современные физики налепили название масса. Вернитесь к концу первого абзаца: современные физики сообщают, что масса это то же самое, что и энергия (по современным представлениям —масса эквивалентна энергии покоя).

Почему эти свойства не объединяемы? Не только ввиду разного физического смысла этих свойств, но хотя бы потому, что у физических величин, количественно описывающих эти свойства, размерность разная: только количество вещества измеряется в килограммах, но даже у современных физиков гравитационная сила измеряется в ньютонах, а работа (энергия) в джоулях.

Только руками развести!

И, кстати, такой же идиотский по своей размерности вид получат и все уравнения классической механики и химии. Это к вопросу, почему нормальная физика и продолжает утверждать, что масса это все же количество вещества.

Совсем плохо

Но ведь требовалось объяснить, за счет чего энергия становится бесконечностью? Квадрат скорости света величина постоянная, значит, до бесконечности растет масса. Но, как и почему из-за увеличения скорости в объекте начнет увеличиваться до бесконечности количество вещества – количество протонов, нейтронов, электронов? Со всей Вселенной сбегаются в этот летящий со скоростью света объект?

Вот и пришлось выдумывать бред про то, что масса это не количество вещества, а некий секундомер, меряющий способности тела без воздействия силы сохранять постоянную скорость килограммами, которые одновременно являются ньютонами и немножко джоулями.

Ну, хорошо, уговорили. Вот читаю преподавателя курса величия Эйнштейна:

«Из последнего уравнения видно, что макроскопическому телу (например, килограммовой гире) практически невозможно придать скорость, близкую к скорости света, так как при этом масса гири, увеличиваясь с ростом ее скорости, стремилась бы к бесконечности. Естественно, возникает вопрос: существуют ли вообще такие частицы, скорости которых равны скорости света?

Попробуем образно представить себе эту частицу без вещества - фотон. Фотон не движется, массы нет, значит, ничего нет. Потом крики: смотрите, смотрите – полетел, полетел! Кто полетел? Фотон полетел со скоростью света! То, чего нет, полетело со скоростью света?!

А как себе представить полет того, чего нет? Для того, чтобы что-то полетело, нужно приложить к нему силу. Как приложить силу к тому, чего нет? И к вопросу о частицах. Частица – это кусочек чего-то большего, отсюда кусочек того, чего нет, может быть частицей только чего-то большего, чего тоже нет, не правда ли?

Люди, которые при наличии окружающего нас реального и интереснейшего мира, так увлеченно изучают то большое-большое, чего нет, а потом взахлеб рассказывают другим о свойствах того, чего нет, заслуживают соболезнования. Мне как-то не хочется к ним присоединяться, даже если они все в шоколаде от этого не пыльного занятия.

Остается только воскликнуть: и эти люди, у которых в мозгах со скоростью света летает то, чего нет, запрещают мне считать торию Эйнштейна бредом??

Подтверждение опытом

А как же, - коварно спросите вы, - космические достижения и атомная энергетика? Ведь они все основаны на Теории относительности Эйнштейна! И эта теория блестяще подтверждена практикой!

Что же касается большой пользы от ТО, то действительно, по теории Эйнштейна космические корабли бороздят просторы Большого театра, а защищаемые от террористов атомные электростанции во всех художественных фильмах из Голливуда тоже построены по теории Эйнштейна. Но в реальной жизни эта теория еще никогда и никому ничего (кроме огромных убытков) не принесла. Помянутый Деревенский в своей работе написал об этом очень много, но поскольку он физик и написал соответственно, то я возьму всего один эпизод, кажущийся мне понятным каждому.

«В 1961 г. группа под руководством Котельникова провела удачную радиолокацию Венеры – не импульсами, а именно узкополосным сигналом. Причём, принцип детектирования эхо-сигнала был основан на выделении его из шумов в очень узкой полосе. А чтобы он в эту полосу попал, требовалось, по релятивистским меркам, компенсировать огромный допплеровский сдвиг, соответствующий удалению Венеры со скоростью более 2 км/с.

Так вот, результат оказался ошеломляющим. Когда компенсация допплеровского сдвига проводилась, никаких эхо-сигналов не обнаружилось. А когда компенсация НЕ проводилась, эхо-сигналы убедительно обнаруживались! Об этом секрете удачной радиолокации Венеры мало кто знает. Даже за словесную критику ТО можно было не только распрощаться с научной карьерой, но и скоротать остаток жизни в психлечебнице. А тут получился не просто трёп, а убийственный для ТО опытный факт…

…Вот так и вышло, что специалисты по дальней космической связи, управлявшие автоматическими межпланетными станциями, тоже пребывали в несокрушимой уверенности насчёт того, что линейный эффект Допплера здесь определяется скоростью удаления космического аппарата от наземной антенны, или, наоборот, скоростью его приближения к ней. Так говорит ТО! Какие, мол, сомненья?!

Говоря по-простому, общество затратило огромные деньги на экспедиции к Венере, но из-за Теории относительности эти деньги были выброшены псу под хвост.

Проблема эфира

Есть еще вопрос – почему физики пошли на этот бред относительности? Оказывается, на рубеже позапрошлого и прошлого веков у физиков-теоретиков возникла проблема. Сторонники и критики ТО рассказывают о ней так (выделено мною, - Ю.М.).

Сторонник: «В 1887 году физика была в тупике: опыт с интерферометром, поставленный Майкельсоном и Морли, не обнаружил тех эффектов, которые должны были бы иметь место в соответствии с тогдашними представлениями в науке. Эти представления таковы: Ньютон в 1687 году постулировал существование абсолютного пространства и абсолютного времени.

Всё пространство у него было под завязку заполнено особой субстанцией – эфиром.

Знакомый доктор физико-математических наук объяснил мне это проще. Все открытые и необъясненные в то время явления объяснялись, если принять, что пространство Вселенной заполнено эфиром, причем, эфир должен был иметь свойства твердого тела. Но ведь другие твердые тела перемещаются по Вселенной без сопротивления, не теряют скорости. Как одно твердое тело может перемещаться сквозь другое твердое тело без сопротивления с его стороны?? Вот это физики-теоретики объяснить не могли.

Ну и что? Надо было продолжать эксперименты и искать объяснения этому вопросу. Но в то время физиков уже начали заменять теоретики, а теоретики пошли простым путем – путем голых умствований: они то, что не могли объяснить (эфир), объявили не существующим, а в качестве объяснений уже известных явлений приняли бред Эйнштейна. И так с этим бредом до сих пор и живут, не принося обществу ни малейшей пользы.

А можно было в то время объяснить, как одно твердое тело проникает сквозь другое твердое тело без сопротивления? Уверен, если бы так вопрос и был поставлен, то, со временем, физики его и объяснили бы. Например, так, как объясняю это я.

Проделаем мысленный эксперимент, который легко воспроизвести в натуре. Возьмем две поверхности, скажем, две гладкие доски, на одной из них выполним сферические лунки диаметра, при котором капелька ртути близка к шару, и глубиной, при которой капелька ртути этого диаметра отрывается от объема ртути под действием силы тяжести. Расположим в этих лунках на этой доске капельки ртути. Это будет двухмерная модель эфира. Затем обе доски наклоним и будем спускать по ним лужицы ртути одного размера. Эти лужицы будут моделью элементарных частиц атомов твердого тела. Выступающие из лунок капельки ртути должны, казалось бы, являться препятствием движению лужицы на доске с лунками, казалось бы, и-за них движение лужицы должно тормозиться.

Но на самом деле не будет никакого сопротивления движению этой лужицы. Поскольку силы поверхностного натяжения у фронта лужицы ртути будут подтягивать лужицу вперед (ускорять ее), но силы поверхностного натяжения отрывающихся в лунки капель ртути у заднего края лужицы, будут тормозить ее. Вместе эти силы уравновесят друг друга, а в итоге лужицы на обеих досках будут спускаться по наклонной поверхности с одинаковой скоростью, как бы вовсе без сопротивления.

Точно так же (уравновешивая друг друга) будут действовать и силы, структурирующие частицы эфира в кристаллическую решетку твердого тела.

Я не предлагаю это решение в качестве модели или в качестве единственной модели эфира, просто хочу показать, если эфир состоит из вещества, из которого состоят элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны и те частицы, из которых, возможно, состоят элементарные частицы), то тогда твердые тела будут проходить сквозь эфир без сопротивления, а эфир, тем не менее, будет иметь свойства твердого тела.

Читайте также:

  
• За счет каких средств финансируется пособие по беременности и родам
  
• Должностные лица овд как субъекты производства по делам об административных правонарушениях
  
• Учреждение должности генерал прокурора как можно аргументировать данную точку зрения
  
• Кто имеет право законодательной инициативы в законодательном собрании республики карелия
  
• Можно ли подать жалобу на прокурора по уголовному делу