Masė ir svoris: apibrėžimas, pagrindiniai skirtumai ir matavimas
Fizikos moksluose masė ir svoris skiriasi.Kas yra masė?
Objekto masė - tai medžiagos kiekio objekte matas. Masė atspindi tiek medžiagos kiekį, tiek inercines savybes (kiek objektas priešinsis pagreičiui, kai veikia jėga). Masė yra skaliarinė fizikinė dydis ir nesikeičia priklausomai nuo vietos erdvėje: to paties objekto masė Žemėje, Mėnulyje ar kosmose yra ta pati. (Plačiau žr. Masė.)Kas yra svoris?
Svoris — tai gravitacinio lauko sukeltos jėgos, veikiančios objektą, matas. Kitaip tariant, svoris parodo, kaip stipriai tam tikras masyvus kūnas pritraukiamas gravitacijos. Skaičiavimo formulė: W = m·g, kur W — svoris (jėga), m — masė, g — gravitacijos pagreitis. Skirtingose vietose g skiriasi, todėl keičiasi ir svoris, nors masė lieka nepakitusi. Objekto masė nesikeičia perkeliant jį nuo ekvatoriaus į Šiaurės ašigalį, tačiau jo svoris gali kiek pasikeisti — Žemės paviršiuje svoris tarp ekvatoriaus ir polių skiriasi dėl Žemės netolygaus gravitacinio lauko ir centrifuginio poveikio (šis skirtumas yra mažas, maždaug 0,5 % ar dar mažiau).Vienetai ir matavimas
Masė dažniausiai matuojama kilogramais (SI bazinis vienetas). Taip pat paplitęs imperinis vienetas — svaras (pound, angl. lb), kur 1 lb ≈ 0,45359237 kg. Vieno litro vandens masė yra maždaug vienas kilogramas (priklausomai nuo temperatūros ir slėgio). Niutonais matuojamas svoris — tai standartinis jėgos vienetas (1 N = 1 kg·m/s²). Pavyzdžiui, vieno kilogramo daikto svoris Žemėje prie įprasto gravitacijos pagreičio g ≈ 9,81 m/s² yra apie 9,81 N (apytiksliai „dešimt niutonų“). Svarbu: skirtumas tarp svaro (pound) kaip masės vieneto ir svaro kaip jėgos vieneto (pound-force) kartais suklaidina; 1 lbf ≈ 4,44822 N.Kaip matuojame masę ir svorį praktiškai
- Balansas (pvz., lygsvaros svarstyklės) palygina nežinomą masę su žinomomis masėmis ir duoda tiesioginį masės matavimą — veikia nepriklausomai nuo vietinio g (tol, kol balanso mechanika nėra paveikta). - Spyruoklinės svarstyklės ir įtampos davikliai (load cell) matuoja jėgą — t. y. svorį. Jie rodo masę, tik jei yra sukalibruoti pagal tam tikrą g; jei g skiriasi (pvz., kitame planetiniame kūne), rodmenys netaps tikra mase. - Inercinė masė gali būti nustatyta pagal objekto pagreitį veikiant žinomai jėgai (m = F/a).Pavyzdžiai
- 1 kg masė Žemėje: svoris ≈ 9,81 N. - Tas pats 1 kg masės objektas Mėnulyje (g ≈ 1,62 m/s²): svoris ≈ 1,62 N (apie 1/6 Žemės svorio). Masė lieka 1 kg. - Perkelus daiktą nuo ekvatoriaus prie polių, jo masė nekinta, tačiau svoris gali padidėti keliais promilėmis dėl didesnio gravitacinio pagreičio ir mažesnio centrifuginio poveikio prie polių.Santrauka
- Masė = medžiagos kiekis ir inercijos matas; vienetas kilogramas (kg). - Svoris = gravitacijos veikiama jėga, proporcinga masei (W = m·g); vienetas niutonas (N). - Masė nesikeičia perkeliant objektą, svoris keičiasi priklausomai nuo gravitacinio lauko. - Matuojant, balansas nustato masę, o spyruoklinės svarstyklės — jėgą (svorį), todėl jų rodmenis reikia interpretuoti pagal vietinį g. Jeigu reikia, galiu pridėti trumpą lentelę su vienetų konversijomis (kg ↔ lb, N ↔ lbf) arba paaiškinti, kaip išmatuoti masę naudojant konkrečią įrangą.
Sūpynėse esančios grandinės išlaiko visą vaiko svorį. Jei kas nors atsistotų už vaiko apačioje ir bandytų jį sustabdyti, jis veiktų prieš jo inerciją, kurią lemia masė, o ne svoris.
Apžvalga
Daikto svoris - tai vertė, išmatuota Žemės paviršiuje. Deja, įprasti terminai, vartojami daikto svoriui apibūdinti, yra masės vienetai, pavyzdžiui, kilogramai arba svarai. Beveik visą žmonijos istoriją svoris buvo matuojamas Žemės paviršiuje. Čia svoris yra proporcingas masei. Objektai, kurių masė vienoda, turi vienodą svorį. Objektas, kurio masė dvigubai didesnė už kito objekto masę, turės ir dvigubai didesnį svorį. Todėl įprasta vartoti du žodžius - masė ir svoris - taip, tarsi jie reikštų tą patį, o masės ir svorio vienetais laikyti kilogramus arba svarus. Naudojant tuos pačius terminus dviem skirtingoms savybėms apibūdinti ir matuoti, šios dvi savybės - masė ir svoris - buvo supainiotos. Masė ir svoris nėra tas pats dalykas.
Apskritai masė reiškia, koks yra daikto svoris. Tačiau iš tikrųjų masė yra inercinė savybė, t. y. objekto tendencija išlikti pastoviu greičiu, jei jo neveikia išorinė jėga. Pagal antrąjį Niutono judėjimo dėsnį, išreikštą formule, objektas, kurio masė m yra vienas kilogramas, pagreitės a vienu metru per sekundę per sekundę (maždaug dešimtadalis pagreičio dėl Žemės sunkio jėgos), kai jį veiks vieno niutono jėga F.
Jaučiant skirtumą
Skirtumą tarp svorio ir masės galima pajusti ant dviejų ar daugiau metrų ilgio virvės užkabinus daugiau kaip dešimties kilogramų masės objektą. Jei žmogus vienu pirštu stumtelės objekto apačią į viršų, jis pajus objekto svorį. Jei žmogus vienu pirštu akimirkai paspaus pakabintą objektą prie šono, jis pajus objekto masę. (Svarbu, kad jie nespaustų objekto į šoną tiek, kad jis pradėtų kilti).
Klausimai ir atsakymai
K: Kuo skiriasi masė ir svoris?
Atsakymas: Masė - tai medžiagos kiekio objekte matas, o svoris - tai gravitacijos jėgos, veikiančios objektą, matas.
K: Kas yra svoris?
A: Masė - tai, kaip stipriai gravitacija traukia objektą.
Klausimas: Ar pasikeis objekto masė, jei jis bus perkeltas nuo ekvatoriaus į Šiaurės ašigalį?
A: Ne, objekto masė išliks tokia pati.
Klausimas: Ar pasikeis objekto svoris, jei jis bus perkeltas nuo ekvatoriaus į Šiaurės ašigalį?
A: Taip, objekto masė padidės 0,5 % dėl padidėjusio Žemės gravitacinio lauko.
K: Kokiais vienetais matuojama masė?
A: Masė matuojama kilogramais arba svarais.
K: Kokia yra vieno litro vandens tūrio masė?
Atsakymas: Vieno litro vandens masė yra vienas kilogramas.
K: Kokiais vienetais matuojama masė?
A: Svoris matuojamas niutonais, kurie yra standartinis jėgos matavimo vienetas.
