Тогда ускорение свободного падения (g) относительно Земли определяется действием сил: гравитационной силы относительно Земли () и инерционной силы (). Гравитация является результатом действия этих сил:
Формула массы тела
В ньютоновской механике масса тела — это скалярная физическая величина, которая является мерой его инерционных свойств и источником гравитационного взаимодействия. В классической физике масса всегда является положительной величиной.
Масса является аддитивной величиной, т.е: Масса каждой группы материальных точек (m) равна сумме масс всех отдельных частей системы (mi):
В классической механике предполагается, что:
- масса тела не является зависимой от движения тела, от воздействия других тел, расположения тела;
- выполняется закон сохранения массы: масса замкнутой механической системы тел неизменна во времени.
Инертная масса
Инерционное свойство материальной точки заключается в том, что при приложении к ней внешней силы точка имеет конечное по модулю ускорение. Когда внешняя сила не приложена, тело находится в состоянии покоя в инерциальной системе координат или движется равномерно и прямолинейно. Масса входит во второй закон движения Ньютона:
Масса определяет инерционные свойства материальной точки (инерционная масса).
Гравитационная масса
Масса материальной точки входит в закон всемирного тяготения, тем самым определяя гравитационные свойства конкретной точки; она называется гравитационной (тяжелой) массой.
Эмпирически установлено, что отношение инерционной массы к гравитационной массе одинаково для всех тел. Если значение гравитационной постоянной выбрано правильно, то из этого следует, что для каждого тела инерционная и гравитационная массы равны и относятся к гравитационной силе (Ft) выбранного тела:
Где g — ускорение свободного падения. Если наблюдения проводятся в одной и той же точке, то ускорение, вызванное гравитацией, будет одинаковым.
Энергия
Выше были приведены различные формулы для определения массы в физике. В заключение статьи я хотел бы указать на взаимосвязь между массой и энергией. Эта связь является фундаментальной и отражает пространственно-временные свойства нашей Вселенной. Соответствующая формула для массы в физике, выведенная Альбертом Эйнштейном, имеет вид:
Квадрат скорости света c является коэффициентом преобразования между массой и энергией. Это выражение показывает, что обе величины по сути являются одним и тем же свойством материи.
Написанное выражение было подтверждено экспериментально при изучении ядерных реакций и реакций элементарных частиц.
Формулы для инерции
В физике формула для определения инерционной массы имеет следующий вид:
Здесь F — сила, действующая на тело и придающая ему ускорение a. Формула показывает, что чем больше действующая сила и чем меньше ускорение, которое она придает телу, тем больше инерционная масса m.
Помимо письменного выражения, для определения массы в физике необходимо привести еще одну формулу, которая связана с инерционным эффектом. Эта формула имеет вид:
Где p — масса движения (импульс), v — скорость тела. Чем больше движение тела и чем меньше его скорость, тем больше инерционная масса тела.
Примеры решения задач
Задача 1
Имеется алюминиевый стержень со сторонами 3, 5 и 7 см. Какова его масса?
Читайте также.
Определим объем стержня:
V = 3 * 5 * 7 = 105 см3 ,
Значение таблицы плотности алюминия: 2800 кг/м 3 или 2,8 г/см 3 ,
Вычислим массу стержня:
m = 105 * 2,8 = 294 г.
Задача 2
Проблема по смежной теме.
Сколько энергии необходимо для доведения воды комнатной температуры (20 градусов Цельсия) из стакана (емкостью 200 мл) до температуры кипения?
Математическое описание явления гравитации стало возможным благодаря многочисленным наблюдениям за движением космических тел. Результаты всех этих наблюдений были обобщены в 17 веке Исааком Ньютоном в законе всемирного тяготения. Согласно этому закону, два тела с массами m1 и m2 перемещаются под действием силы F
F = G * m1 * m2 / r2
Где r — расстояние между телами, G — константа.
Если мы подставим в это выражение массу нашей планеты и ее радиус, то получим следующую формулу массы в физике:
Где F — сила тяжести, а g — ускорение, с которым тело падает на землю вблизи ее поверхности.
Хорошо известно, что наличие гравитации гарантирует, что все тела имеют вес. Многие люди путают вес и массу и считают, что это одно и то же. Хотя эти две величины связаны между собой коэффициентом g, масса является переменной величиной (она зависит от ускорения, с которым движется система). Кроме того, вес измеряется в ньютонах, а масса — в килограммах.
Читайте также: Металлоискатель ручной работы — 96 фото конструкции чувствительного прибора.
Весы, которыми человек пользуется дома (механические, электронные), показывают вес тела, но они измеряют вес тела. Пересчет между этими величинами — это просто вопрос калибровки прибора.
Формула зависимости массы от объема и плотности
Для определения плотности жидкости или твердого тела существует основная формула: Плотность равна массе, деленной на объем. Она записывается следующим образом: p = m / V
Отсюда можно вывести еще две формулы. Формула для объема тела: V = m / p А также формула для расчета массы: m = V * p Как видите, запомнить последнюю очень легко: это единственная формула, где нужно перемножить две единицы. Для запоминания этой зависимости можно использовать фигуру в виде «пирамиды», разделенной на три части, с массой в верхней части и плотностью и объемом в нижних углах. Ситуация с газами несколько иная. Вычислить их вес гораздо сложнее, поскольку газы не имеют постоянной плотности: Они рассеиваются и занимают весь доступный им объем. Именно здесь возникает понятие молекулярной массы, которую можно определить, сложив массы всех атомов в формуле вещества, используя данные из периодической таблицы.
Вторая необходимая нам единица — это количество вещества в молях. Это можно рассчитать с помощью уравнения реакции. Подробнее об этом вы можете узнать на уроке химии. Другой способ найти количество молей — разделить объем газа на 22,4 литра. Последнее число — это константа объема, которая называется s
Плотность многих веществ известна заранее и может быть легко получена из соответствующей таблицы. При работе с устройством важно обращать внимание на размеры и помнить, что все данные собраны при нормальных условиях: Температура в помещении 20 градусов Цельсия, а также определенное давление, влажность и так далее.
Таблица плотности некоторых веществ
Плотности других, более редких веществ можно найти в Интернете. Стоит запомнить хотя бы одно значение плотности, так как оно часто встречается в задачах. Это плотность воды — 1000 кг/м3 или 1 г/см3.
Состояние: Имеется алюминиевый стержень с длиной стороны 3, 5 и 7 см. Какова его масса? Решение. Ответ: m = 294 г.
Примеры решения задач
Задача 1
Проблема по смежной теме. Ситуация: Сколько энергии требуется, чтобы довести воду комнатной температуры (20 градусов Цельсия) из стакана (емкостью 200 мл) до температуры кипения? Решение: Найдем недостающую информацию: температура кипения воды t
Задача 2
= 100 градусов Цельсия, удельная теплоемкость воды c = 4200 Дж/кг*C, плотность воды 1 г/см 3, 1 мл воды = 1 см 3. Найти массу воды: m = V * p, m = 200 * 1 = 200 г = 0,2 кг, найти энергию: Q = c * m * (t2Q = 4200 * 0,2 * (100 — 20) = 67200 Дж = 67,2 кДж. Ответ: Q = 67,2 кДж.2– t1Проблема молекулярной массы. Условие: Определите массу CO
Задача 3
объемом 5,6 л. Решение: Определите молярную массу CO2M = 12 + 16 * 2 = 44 г/моль; определите объем вещества: n = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль; определите массу: m = n * M; m = 0,25 * 44 = 11 г. Ответ: m = 11 г.2
