- Масса тела. Единицы массы
- Измерение массы тела на весах. Эталон килограмма
- знать понятия «масса тела», «единица массы»; способы измерения массы
- уметь объяснять связь между массой и скоростью тела при взаимодействии; измерять массу тела с помощью весов
- Как изменяется характер движения тела в результате действия силы?
- Почему тела при взаимодействии приобретают разную скорость?
- Что такое инертность?
Масса тела. Единицы массы
Рис. 1. Зависимость приобретённой скорости от массы
Вам уже известно, что характер движения тела может измениться под действием приложенной к нему силы. От чего зависит результат действия силы? Чтобы ответить на этот вопрос, проведём эксперимент. Пусть имеются две одинаковые тележки, к концам которых прикреплены упругие пластинки, пластинки сжаты и связаны друг с другом нитью, на одной из тележек находится груз некоторой массы (рис. 1, а). В начальный момент времени обе тележки находятся в состоянии покоя.
Если перерезать нить, связывающую пластинки, тележки придут в движение, при этом тележка с грузом пройдёт меньший путь, нежели тележка без груза (рис. 1, б). Различие в пройденных тележками расстояниях позволяет судить об их скорости: тележка без груза в момент начала движения имела большую скорость, чем тележка с грузом.
Скорости тележек определяются их массами: тележка, обладающая большей массой, движется с меньшей скоростью, тележка, обладающая меньшей массой, — с большей скоростью. Измерение скоростей, приобретаемых тележками после взаимодействия, позволяет сравнить их массы.
В приведённом примере скорости обеих тележек до взаимодействия были равны нулю. Пусть после взаимодействия скорость тележки с грузом оказалась равна
10 м/с, а скорость тележки без груза — 40 м/с. В этом случае так как скорость тележки без груза в 4 раза больше скорости тележки с грузом, то её масса в 4 раза меньше массы гружёной тележки. В общем случае массы взаимодействующих тел и приобретённые ими скорости сразу после взаимодействия связаны соотношением
.
Таким образом, если массы взаимодействующих тел не равны, то после взаимодействия они приобретут разные скорости. В случае если тележки, которые находились в состоянии покоя, после взаимодействия приобретают одинаковые скорости, их массы равны.
Чем больше масса тела, тем меньше меняется его скорость при взаимодействии с другим телом, тем оно инертнее.
Инертность — физическое свойство, заключающееся в том, что любое тело оказывает сопротивление изменению его скорости.
Масса (m) — это скалярная физическая величина, количественно характеризующая инертность тела.
Единицей массы в СИ принят килограмм (кг).
При решении задач вам могут встретиться и другие единицы массы: тонна (т), центнер (ц), грамм (г), миллиграмм (мг) и др. Ниже приведены способы перевода из кратных и дольных единиц массы в единицы СИ.
1 т = 1 000 кг
1 ц = 100 кг
1 г = 0,001 кг
1 мг = 0,000001 кг
Измерение массы тела на весах. Эталон килограмма
Рис. 2. Демонстрационные весы
Как уже было сказано, массу тела можно узнать, если измерить скорости тел после взаимодействия. Таким образом определяют массы небесных тел и частиц вещества — молекул и атомов.
В быту для измерения массы тела используются весы. Рассмотрим конструкцию учебных весов (рис. 2). Такие весы состоят из коромысла 1, к центру которого прикреплён указатель 2. Указатель может перемещаться вправо или влево вдоль шкалы. К обоим концам коромысла подвешены чашки 3.
Рис. 3. Набор гирь известной массы
Если поместить на чашки весов тела одинаковой массы, коромысло будет находиться в горизонтальном положении, а указатель — в вертикальном, в этом случае весы находятся в равновесии.
Таким образом, чтобы узнать неизвестную массу тела, необходимо уравновесить чаши весов. Для этих целей используются специальные наборы гирь известной массы (рис. 3).
На одну из чашек ставится тело, на другую — такой набор гирь, чтобы весы оказались в равновесии. Масса тела будет равна общей массе гирек на весах.
Рис. 4. Эталон килограмма из платины и иридия
Все гири, которые используются в лабораториях или магазинах, получены путём сравнения с эталоном массы. Нам уже известно, что единицей массы в СИ является килограмм. Килограмм — это масса эталона. До 2019 года международно-признанным эталоном массы считался цилиндр, изготовленный из сплава платины и иридия, массой 1 кг (рис. 4). Данный эталон массы хранится в Международном бюро мер и весов в г. Севре рядом с Парижем. В каждой стране хранятся копии данного эталона, которые используются для создания наборов гирь различной массы. В 2019 году был принят новый эталон килограмма, так как тщательно хранимые под тройными герметичными колпаками платиново-иридиевые эталоны килограмма изменяются в массе, за 130 лет отклонение достигло 50 микрограмм. Новый электронный эталон килограмма определён с помощью одной из мировых констант — постоянной Планка.
Итоги
Изменение скорости тела зависит от его массы.
Если массы взаимодействующих тел не равны, то после взаимодействия они приобретут разные скорости.
Инертность — физическое свойство, заключающееся в том, что любое тело оказывает сопротивление изменению его скорости.
Масса (m) — это скалярная физическая величина, количественно характеризующая инертность тела.
Контрольные вопросы
1. Что можно сказать про массы тел, если при взаимодействии они приобрели различные скорости?
2. Что можно сказать про массы тел, если при взаимодействии они приобрели равные скорости?
3. Как измерить массу тела с помощью весов?
4. Что такое инертность?
