A fizikai fogalmak megértése és a mennyiségek definícióinak ismerete fontos szerepet játszik a különböző törvényszerűségek tanulmányozásában és a fizika problémáinak megoldásában. Az egyik alapfogalom a testtömeg fogalma. Nézzük meg közelebbről a kérdést: mi a testsúly?
Előzmények
A modern fizikaszemléletet figyelembe véve nyugodtan kijelenthető, hogy a test tömege olyan jellemző, amely mozgás közben, valós objektumok közötti kölcsönhatás során, valamint atomi és nukleáris átalakulások során nyilvánul meg. A tömegnek ez a felfogása azonban egészen a közelmúltban, szó szerint a 20. század első évtizedeiben alakult ki, köszönhetően az Einstein által megalkotott relativitáselméletnek.
Továbbra visszatérve a történelembe, felidézzük, hogy az ókori Görögország néhány filozófusa úgy gondolta, hogy a mozgás nem létezik, ezért nem létezett a testtömeg fogalma. Ennek ellenére létezett a testsúly fogalma. Ehhez elég felidézni Arkhimédész törvényét. A súly a testtömeggel függ össze. Ezek azonban nem ugyanazt az értéket.
BA modern korban Descartes, Galilei és különösen Newton munkáinak köszönhetően két különböző tömeg fogalma alakult ki:
- inerciális;
- gravitációs.
Mint később kiderült, mindkét testtömegtípus azonos értékű, ami természeténél fogva minden körülöttünk lévő tárgyra jellemző.
Inerciális
Ha már a tehetetlenségi tömegről beszélünk, sok fizikus kezdi megfogalmazni Newton második törvényének képletét, amelyben az erő, a testtömeg és a gyorsulás egy egyenlőségben kapcsolódnak össze. Van azonban egy alapvetőbb kifejezés, amelyből maga Newton fogalmazta meg törvényét. Ez a mozgás mennyiségéről szól.
A fizikában lendület alatt azt az értéket értjük, amely egyenlő az m testtömeg és a v térbeli mozgási sebesség szorzatával, azaz:
p=mv
Bármely test esetén a p és v értékek a karakterisztikának vektorváltozói. Az m érték valamilyen együttható állandó a vizsgált testre, amely p-t és v-t köti össze. Minél nagyobb ez az együttható, annál nagyobb lesz a p értéke állandó sebesség mellett, és annál nehezebb megállítani a mozgást. Vagyis a test tömege a tehetetlenségi tulajdonságainak jellemzője.
A p írott kifejezésével Newton megkapta híres törvényét, amely matematikailag írja le a lendület változását. Általában a következő formában fejezik ki:
F=ma
Itt F az az erő, amely egy m tömegű testre hat, és a gyorsulást ad neki. Mint aaz előző kifejezésben az m tömeg a két vektorjellemző közötti arányossági tényező. Minél nagyobb a test tömege, annál nehezebb megváltoztatni a sebességét (kisebb, mint a) állandó F hatóerő segítségével.
Gravitáció
A történelem során az emberiség követte az eget, a csillagokat és a bolygókat. A 17. században számos megfigyelés eredményeként Isaac Newton megfogalmazta az egyetemes gravitáció törvényét. E törvény szerint két nagy tömegű objektum vonzódik egymáshoz két M1 és M2 konstans arányában, és fordítottan arányos a négyzetével. a köztük lévő R távolság, azaz:
F=GM1 M2 / R2
Itt G a gravitációs állandó. Az M1 és M2 konstansokat a kölcsönhatásban lévő objektumok gravitációs tömegének nevezzük.
Így egy test gravitációs tömege a valós tárgyak közötti vonzási erő mértéke, aminek semmi köze a tehetetlenségi tömeghez.
Testsúly és tömeg
Ha a fenti kifejezést alkalmazzuk a bolygónkon lévő gravitációs erőre, akkor a következő képlet írható fel:
F=mg, ahol g=GM / R2
Itt M és R a bolygónk tömege és sugara. A g értéke a szabadesés gyorsulása, amelyet minden iskolás ismer. Az m betű a test gravitációs tömegét jelöli. Ez a képlet lehetővé teszi egy m tömegű test Föld általi vonzási erejének kiszámítását.
Newton harmadik törvénye szerint az F erőnek meg kell lennieegyenlő az N támasz reakciójával, amelyen a test nyugszik. Ez az egyenlőség lehetővé teszi egy új fizikai mennyiség – a súly – bevezetését. A súly az az erő, amellyel a test megnyújtja a felfüggesztést vagy rányom egy bizonyos támasztékot.
Sok ember, aki nem ismeri a fizikát, nem tesz különbséget a tömeg és a tömeg fogalma között. Ugyanakkor teljesen más értékekről van szó. Különböző mértékegységekben mérik (tömeg kilogrammban, tömeg newtonban). Ráadásul nem a súly a test jellemzője, hanem a tömeg igen. Ennek ellenére kiszámolhatja egy m test tömegét P tömegének ismeretében. Ezt a következő képlettel kell megtenni:
m=P / g
A tömeg egyetlen jellemző
Fentebb megjegyeztük, hogy a test tömege lehet gravitációs és inerciális. Albert Einstein relativitáselméletének kidolgozásakor abból a feltevésből indult ki, hogy a megjelölt tömegtípusok az anyag ugyanazt a jellemzőjét képviselik.
Eddig mindkét testtömeg-típus számos mérését végezték el különböző helyzetekben. Mindezek a mérések arra a következtetésre vezettek, hogy a gravitációs és a tehetetlenségi tömegek egybeesnek a meghatározásukhoz használt műszerek pontosságával.
Az atomenergia gyors fejlődése a múlt század közepén elmélyítette a tömeg fogalmának megértését, amelyről kiderült, hogy a fény sebességi állandója révén az energiához kapcsolódik. A test energiája és tömege az anyag egyetlen lényegének megnyilvánulása.
