Со словом «масса» люди сталкиваются очень часто в повседневной жизни. Его пишут на упаковках с товаром, а все окружающие нас предметы также обладают своей уникальной массой.
Под массой принято понимать физическую величину, которая показывает количество вещества, содержащегося в теле.
Из курса физика известно, что все вещества состоят из составных элементов: атомов и молекул. В различных веществах массы атомов и молекул неодинаковы, поэтому масса тела зависит от характеристик сверхмалых частиц. Существует зависимость, исходя из которой понятно, что более плотное расположение атомов в теле повышает общую массу и наоборот.
В настоящее время выделяют разные свойства материи, при помощи которых можно охарактеризовать массу:
- способность тела к сопротивлению при изменении его скорости;
- способность тела притягиваться к другому объекту;
- количественный состав частиц в определенном теле;
- количество работы, совершаемой телом.
Численное значение величины массы тела остается во всех случаях на одном уровне. При решении задач численное значение массы тела можно брать одинаковое, поскольку нет зависимости, какое свойство материи отражает масса.
Инертность
Существует два вида масс:
- инертная масса;
- гравитационная масса.
Сопротивление тела попыткам изменить его скорость называется инертностью. Не все тела могут менять свою изначальную скорость с одинаковой силой, поскольку они обладают разной инертной массой. Одни тела при одинаковом воздействии со стороны иных тел, которые его окружают, способны быстро менять свою скорость, а другие в идентичных условиях – не могут, то есть меняют скорость заметно медленнее первых тел.
Инертность изменяется исходя из характеристик массы тела. Тело, которое меняет скорость медленнее, обладает большой массой. Мерой инертности тела является инертная масса объекта. При взаимодействии двух тел друг с другом изменяется скорость у обоих объектов. В этом случае принято говорить, что тела приобретают ускорение.
$\frac{a_1}{a_2} = \frac{m_2}{m_1}$
Отношение модулей ускорений тел, которые взаимодействуют друг с другом, равно обратному отношению их масс.
Гравитационная масса – мера гравитационного взаимодействия тел. Инертная и гравитационная масса пропорциональны друг относительно друга. Равенство гравитационной и инертной масс достигается при выборе коэффициента пропорциональности. Он должен быть равен единице.
Массу измеряют в системе СИ в виде килограммов (кг).
Свойства массы
Масса обладает несколькими основополагающими свойствами:
- она всегда положительная;
- масса системы тел равна сумме масс тел, которые входят в эту систему;
- масса в классической механике не зависит от скорости движения тела и его характера;
- масса замкнутой системы сохраняется в случае различных взаимодействий тел друг с другом.
Для измерения величины массы на международном уровне был принят эталон массы. Он получил название килограмм. Эталон хранится во Франции и представляет собой металлический цилиндр, высота и диаметр которого составляет 39 миллиметров. Эталон – величина, которая отражает способность тела притягиваться к другому телу.
Массу в системе СИ обозначают в виде латинской маленькой буквы $m$. Масса является скалярной величиной.
Существует несколько способов определения массы на практике. Чаще всего используют метод взвешивания тела на конструкции весов. Таким способом измеряется гравитационная масса. Весы бывают различных видов:
- электронные:
- рычажные;
- пружинные.
Измерение массы тела путем взвешивания на весах – наиболее древний способ. Им пользовались жители Древнего Египта еще 4 тысячи лет назад. В наше время конструкции весов имеют различные очертания и размеры. Они позволяют определять массу тела сверхмалых форм, а также многотонных грузов. Такие весы обычно используются на транспорте или промышленных предприятиях.
Понятие плотности вещества
Плотность является скалярной физической величиной, которая определяется массой единичного объема конкретного вещества.
$\rho = \frac{m}{V}$
Плотность вещества ($\rho$) - отношение массы тела $m$ или вещества к объёму $V$, которое занимает это тело или вещество.
Единицей плотности тела в системе измерения СИ является кг/м $^{3}$.
Плотность вещества зависит от массы атомов, из которых состоит вещество, а также плотности упаковки молекул в веществе.
Плотность тела увеличивается под влиянием большого количества атомов. Различные агрегатные состояния вещества существенно изменяют плотность определенного вещества.
Твердые вещества обладают большой степенью плотности, так как в таком состоянии атомы очень плотно упакованы. Если рассматривать то же самое вещество в жидком агрегатном состоянии, то его плотность уменьшится, но останется примерно на сопоставимом уровне. В газах молекулы вещества максимально далеко находятся друг от друга, поэтому упаковка атомов на этом уровне агрегатного состояния очень низка. Вещества будут иметь наименьшую плотность.
В настоящее время исследователи составляют специальные таблицы плотности различных веществ. Наибольшие показатели по плотности имеют металлы осмий, иридий, платина, золото. Все эти материалы славятся своей безупречной прочностью. Средние показатели по плотности у алюминия, стекла, бетона – эти материалы имеют особые технические характеристики и часто используются в строительстве. Наименьшие показатели по плотности имеют сухая сосна и пробка, поэтому они не тонут в воде. Вода обладает плотностью в 1000 килограммов на кубический метр.
Ученые смогли новыми методами вычислений определить среднюю плотность вещества во Вселенной. Результаты экспериментов показали, что в основном космическое пространство разрежено, то есть там практически отсутствует плотность – примерно шесть атомов на кубический метр. Это означает, что значения массы в такой плотности также будут уникальными.
