- Что такое масса тела и как ее измерить
- Второй закон Ньютона
- Масса и вес
- Современные единицы измерения массы
- Метрическая
- Килограмм
- Ньютон
- Карат
- Сантиграмм
- Микрограмм
- Нанограмм
- Англо-американская
- Фунт
- Унция
- Драхма
- Старорусские
- Берковец
- Золотник
- Русский фунт
- Лот
- Пуд
- Доля
- История измерения массы
- История метрической системы
- Масса тела в физике
- Чем отличается от веса тела, связь инерции и массы
- Что характеризует, каким прибором измеряют
- Как выражается через плотность и объем, формула
- Примеры решения задач на второй закон Ньютона
Что такое масса тела и как ее измерить
Масса является одной из фундаментальных величин в физике. Он относится к фундаментальным свойствам материи и определяет следующие свойства:
- сила тяжести,
- инерция,
- энергия.
Это значение имеют все объекты, независимо от размера — как большие, например наша планета Земля, так и маленькие, например атомы или элементарные частицы.
По определению, масса – это мера количества материи, содержащейся в объекте
Сегодня в физике общепринятой считается система единиц, где наибольшее значение имеет масса и для нее разработан эталон. В международной системе СИ это килограммы.
Второй закон Ньютона
В качестве научного термина понятие массы впервые было использовано в физике Исааком Ньютоном. До этого исследователи использовали только термин вес. Именно Ньютон предложил определять количество материи в физическом теле как произведение плотности на объем и ввел новое понятие — масса.
Так как изучение кинетики включает в себя две основные величины — длину и время, то в динамике необходимо использовать третью величину — массу. В классической динамике ученый предложил новую формулу, которая впоследствии стала известна как второй закон Ньютона. В ней используются такие параметры, как сила и масса, которые обозначаются буквой m. Сама формула представлена в таком виде F=m*a, где F — сила, приложенная к телу, a — ускорение.
Масса и вес
Массу часто путают с термином «вес». Хотя на Земле по показаниям измерительных приборов эти параметры могут быть идентичными, по физическим законам это совершенно разные понятия.
- Масса – это мера количества материи, содержащейся в объекте.
- Вес является мерой силы, равной силе притяжения объекта.
Масса не зависит от местонахождения предмета, тогда как вес напрямую зависит от этого показателя.
Масса определяется по формуле: P = m*g, где m — масса, g — ускорение свободного падения (постоянная величина, возникающая в результате притяжения определенной планеты, для Земли значение равно 9,8 м/с, а для Луны — 1,63 м/с).
Для примера возьмем человека весом 60 кг в обычных земных условиях. На Луне сила тяжести примерно в шесть раз меньше, чем на Земле. Следовательно, наш космонавт на Луне будет весить 60_6=10 кг. Поскольку масса зависит только от количества материи, присутствующей в объекте, она не меняется в зависимости от местоположения. Масса человека на Земле и на Луне будет 60 кг. Если вам интересно, сколько это будет в фунтах, используйте конвертер массы.
Читайте также: Самое большое метро в мире: ТОП по показателям
Современные единицы измерения массы
SI (Le Système International d’Unités) использует килограмм в качестве единицы массы. В России обозначение – кг, а в международном – кг.
Другими распространенными единицами массы являются граммы и миллиграммы.
- Грамм равен 1/1000 килограмма, значит, в 1 кг содержится 1000 г.
- Миллиграмм составляет 1/1000 грамма, поэтому в 1 грамме содержится 1000 мг.
Британско-американская система измерения использует фунт в качестве основной единицы массы. Он намного старше метрики. Именно потому, что в Великобритании и особенно в США, где корни товарной торговли очень глубоки и имеют давние традиции, вся торговля на фондовых биржах и сделки заключаются в целях этой системы..
Помимо этих основных единиц, существуют и другие единицы массы, сохраняющие свою историческую область использования. Это, кроме фунтов — унции, караты, тонны и т д. В астрономии для определения массы небесных тел в качестве единицы измерения используется масса Солнца. Он рассчитывается по формуле:
Метрическая
В 1960 году на Генеральной конференции по мерам и весам было принято решение рекомендовать метрическую систему единиц измерения (Le Système International d’Unités) как международную и использовать ее как основную.
Килограмм
Это основная единица массы в системе СИ. Первоначально она определялась как масса 1 литра воды при 4 С (именно при этом значении вода имеет максимальную плотность).
Для этого они использовали теорию Джона Уилкинса (английский философ), предложившего установить меру массы на основе меры длины. Единица массы — вес чистой воды, заполняющей объем куба с размером стороны в одну сотую метра, при температуре таяния льда — называлась граммом.
Сегодня эталон килограмма представляет собой цилиндрическую гирю, отлитую из сплава платины и иридия. Он проводится во Франции, в Торговой палате; аналоги есть во всех странах.
Интересные факты о килограммах:
- название килограмм пришло к нам из Франции. Оно образовалось путем слияния двух греческих слов: χίλιοι (хилиой) — в переводе «тысяча» и γράμμα (грамма), что переводится как «малый вес»; первоначально назывался могилой — в переводе означает вес (название было предложено французом) ученого, аристократа, входившего в состав комиссии по определению мер);
- килограмм — единственная единица измерения с приставкой «кило»;
- на сегодняшний день существует 40 аналогов эталонного килограмма, примечательно, что при их взвешивании выяснилось, что вес у них разный, это связано с тем, что сплав, из которого изготовлены цилиндры, со временем немного меняет массу.
Ньютон
Используется в системе единиц для обозначения силы. Согласно второму закону Ньютона это сила, действующая на тело массой 1 кг и сообщающая ему ускорение 1 м/с. Это определение было официально признано Международным комитетом мер и весов в середине прошлого века. Единица измерения названа в честь физика Исаака Ньютона, автора многих физических законов. Однако сам исследователь считал, что единицу измерения силы вычислить невозможно, он рассматривал силу как абстрактное явление.
Карат
Этот прибор используется для взвешивания и определения массы драгоценных камней и металлов. Масса одного карата составляет 200 миллиграммов. Название «карат» происходит от названия семян рожкового дерева. Вес одного семени равен одному карату. В прошлом торговцы всегда носили с собой такое семя, чтобы избежать обмана.
Интересные факты! В Древнем Риме одна золотая монета весила ровно 24 семени рожкового дерева, поэтому для определения объема золота в сплаве использовали караты. 24 карата — золото без примесей, 12 карат — 50% золота в сплаве.
Сантиграмм
Сантиграмм — это стотысячная часть килограмма или одна сотая часть грамма. Узаконенное русское обозначение — «sg», латинская версия — «cg».
Микрограмм
Одна из наименьших единиц массы — одна миллионная грамма или одна тысячная миллиграмма. Есть несколько вариантов обозначения. В Америке часто используется латинская буква mu-g, но такой символ не рекомендуется для медицинских рецептов, так как люди путают дозировку. Рекомендуемое обозначение – мкг.
Нанограмм
Он равен одной миллионной миллиграмма и также входит в метрическую систему измерения.
Англо-американская
Английская система используется во многих англоязычных странах. Несмотря на то, что в Великобритании на законодательном уровне действует десятичная, метрическая система мер, рядовые граждане, а также средства массовой информации традиционно используют фиксированные величины — жир, ярд, миля, пинта, унция. Некоторые единицы измерения известны во многих странах Европы, но есть и такие, о которых среднестатистический европеец даже не догадывается.
Фунт
Английское название основано на латинском слове Pender, что означает взвешивать, а слово фунт на латыни означает баланс. К счастью, в США и Великобритании фунт одинаков, так что здесь нет проблем. В единицах СИ это можно выразить как 453 592 г.
Унция
Наверняка многие видели маркировку «fl oz.» это жидкая унция. Вес золота тоже измеряется в унциях, а других веществ или тел в фунтах. В магазинах можно встретить обозначение «lb» или «lbs». Однако второй вариант неверен.
Унция равна 28,35 г. Унция широко используется в банковском деле, ювелирном деле и обозначается аббревиатурой «oz» или «oz at». Термин впервые стал употребляться в Древнем Риме, где унцией называлась двенадцатая часть веса, затем единица измерения стала важнейшей в средневековой Европе. Сегодня тройская унция широко используется в странах, где введены англо-американские единицы измерения. Для их быстрого и точного преобразования можно использовать конвертер масс.
Драхма
Существует несколько обозначений этой единицы измерения:
- торговая драхма (1,78 г) — использовалась в англоязычных странах до 1985 г., сегодня изъята из обращения;
- аптечная драхма и тройская драхма (3,89 г) — единица массы в фармацевтической сфере в англоязычных странах;
- на Кипре драхма имеет массу примерно 3,175 г.
Интересно знать! В древних странах меры массы, как и денежные единицы, назывались одинаково, так как банкнота содержала соответствующее количество серебра.
Старорусские
В старину массовые единицы формировались по натуральным меркам. Чаще всего в емкость с определенным использованным объемом насыпали крупы, бобовые, муку, соль или воду.
Берковец
Так называлась мера веса в 163,8 кг — 10 фунтов, столько, сколько весила бочка, наполненная воском или медом, которую взрослый мужчина мог катить на корабле, направляющемся к острову Бьорк. Соответственно, берковцы использовались для взвешивания воска или меда. Эта мера веса упоминается в 12 веке.
Золотник
В современной системе измерения массы это 4,26 г, так изначально называлась монета из золота. За змеевики на Руси покупали чай.
Русский фунт
Эта единица измерения была введена русским царем Алексеем Михайловичем, она эквивалентна 96 моткам или 409,50 г. Сахар продавался фунтами.
Лот
Еще одна старинная русская мера веса, эквивалентная трем виткам (12,8 г).
Пуд
Первое упоминание о пуде как о мере веса упоминается в 1134 году в письмах князя Всеволода Мстиславича. Его использовали купцы для торговли медом и воском. Хотя номинал менялся со временем, он использовался до 1918 года.
По последним данным (1899 г.) вес составлял:
- 16,3804964 кг;
- 40 фунтов; 1280 лотов;
- 3840 витков;
- 368 640 акций;
- 10 фунтов = 1 берковец.
Доля
Это наименьшая единица массы, используемая на Руси — 0,044 г или 1/96 мотка. Преобразователь массы можно использовать для преобразования катушки в граммы.
История измерения массы
Первоначально обмен и торговля товарами измерялись простыми, примитивными методами. С развитием торговых отношений установились связи между показателями емкости, веса и денежной системы.
Самые старые из сохранившихся чешуек были найдены в Верхнем Египте и датированы 9000 годом до нашей эры. Последовательная система мер и весов была разработана в Вавилоне около 1800 г до н.э.
Вавилонская шестидесятеричная система в сочетании с финикийской десятичной системой стала основой древней системы весов.
В Риме вес измеряли уже в 4 веке до нашей эры, для этого пользовались двенадцатеричной системой, базовой единицей был фунт. Именно римляне ввели связь между мерами веса и объема. Римский фунт пережил падение империи и играл важную роль в раннем средневековье.
Лишь во время правления Карла Великого в Западной Европе были предприняты попытки реформировать систему мер и весов и установить фиксированные соотношения между числами, деньгами, мерами и весами. Используя римско-византийский стандарт, король франков определил вес новой монеты, серебряного денария. Здесь использовалась простая математика:
- 1 фунт (наличными) = 1 кг серебра = 20 шиллингов;
- 1 шиллинг = 12 динаров.
- Таким образом 12 * 20 = 240 — именно столько монет было отчеканено из серебряного слитка весом в 1 фунт.
История метрической системы
Это началось во Франции в 19 веке, во время Французской революции. Затем к власти пришли представители третьего сословия. Они сняли налоговое бремя и пришли к выводу, что действующая система мер сложна для восприятия и понимания, а также нецелесообразна из-за огромного количества единиц измерения.
В то время каждый французский феодал имел право устанавливать свою стоимость фунта стерлингов, неудивительно, что уже в конце XVII века таких единиц измерения было около сотни.
Французы разработали собственную измерительную систему, она оказалась простой, доступной и надежной. Суть в том, что преобразование любой единицы массы включает деление или умножение на степень 10.
Сначала приняли метр — одну десятимиллионную четверти меридиана. Следующим шагом стала разработка одного килограмма — для этого привязывали единицу длины и единицу массы.
Килограмм — это объем воды, налитой в куб с длинной стороной в одну десятую метра.
Сначала кило называли грав, что означает вес, но слово часто произносили как грав, что очень напоминало дворянский титул. В результате название было изменено на килограмм.
В конце 19 века был создан эталон измерения массы — цилиндр из сплава платины и иридия, в соотношении 9:1. Он единственный в мире весит не больше и не меньше, а ровно 1 кг. Стандарт накрыт тремя стеклянными куполами, защищающими его от внешних воздействий и даже воздуха.
Предлагаем вашему вниманию простое руководство, как быстро перевести физические величины. Если вам сложно сделать это самостоятельно, воспользуйтесь конвертером массы, длины или плотности на нашем сайте.
Масса тела в физике
Определение 1
Масса тела (m) — это скалярная физическая величина, которая является мерой инерции тела и гравитационного взаимодействия.
Масса тела отражает то, как оно сопротивляется изменению скорости и насколько сильно оно притягивается к Земле. Чем больше масса тела, тем меньше изменяется скорость при воздействии на него.
В Международной системе единиц (СИ) масса измеряется в килограммах.
Примечание 1
Масса есть аддитивная (то есть дополнительная) величина. Масса множества тел или материальных точек равна сумме масс всех отдельных тел.
м=∑я=1нм
Масса тела не зависит от движения тела, его положения и влияния других тел. Согласно закону сохранения массы, в замкнутой механической системе тел масса постоянна во времени.
Чем отличается от веса тела, связь инерции и массы
Хотя понятие «масса» в быту часто путают с понятием «вес», в физике они сильно различаются.
Определение 2
Вес тела (P) – это сила, с которой тело действует на опору или подвеску.
Формула 1
P=mg, где P — вес тела, m — масса тела, g — ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с2 на Земле.
Перечислим основные отличия массы от веса.
- Масса отражает инерцию тела или заряд гравитационного поля. Вес, в свою очередь, отражает силу, с которой тело действует на опору или подвес.
- Масса — скалярная величина, она не имеет направления. Вес является векторной величиной.
- Вес определяется не внутренними свойствами объекта, а силами гравитации. Это значит, что на разных планетах вес тела будет разным, а масса останется неизменной. В невесомости масса космонавта будет такой же, как и на Земле, а вес будет равен нулю.
- Масса тела измеряется в килограммах, а вес измеряется в ньютонах.
Определение 3
Инерция – это свойство тела препятствовать изменению скорости при действии на него внешних сил.
Определение 4
Инерция — это физическое явление, при котором тело сохраняет свою скорость постоянной или находится в покое, если на него не действуют другие тела или их действие компенсируется.
Закон инерции постулируется первым законом Ньютона. Вот действующая редакция закона.
Закон 1
Существуют такие системы отсчета, называемые инерционными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют взаимно уравновешенные силы), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.
Второй закон Ньютона в классической механике вводит массу как проявление инерции тела или материальной точки в определенной системе отсчета.
Согласно современной формулировке, второй закон Ньютона выглядит следующим образом.
Акт 2
В инерциальной системе отсчета ускорение, которое получает точка материала с постоянной массой, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально массе.
Формула 2
В форме формулы закон выглядит так:
а→=F→м,
где a→ — ускорение материальной точки, F→ — равнодействующая сил, приложенных к материальной точке, m — масса материальной точки.
Что характеризует, каким прибором измеряют
Масса бывает двух видов:
- инертный;
- гравитационно.
Определение 5
Инерционная масса показывает инерцию тел и выражается во втором законе Ньютона.
Определение 6
Гравитационная масса характеризует силу, с которой тело взаимодействует с гравитационным полем и какое гравитационное поле оно само создает. Входит в закон всемирного тяготения.
Согласно опытам на Земле, между гравитационной массой и инертной массой нет разницы, поэтому их можно считать равными и объединять в общее краткое понятие. Как правило, они также имеют общее обозначение m.
Масса измеряется в килограммах (кг). Для его измерения используйте специальный прибор – весы.
Примечание 1
Весы измеряют массу тела, а не вес. Но в обыденном сознании эти термины считаются синонимами.
Если к телу приложена сила с ускорением 1 м/с2 и сила равна 1 Н, то масса такого тела равна 1 кг.
Международное бюро мер и весов установило эталон массы в 1 кг. С 2018 года это цилиндр диаметром и высотой 39,17 мм. Цилиндр изготовлен из сплава 90% платины и 10% иридия.
Как выражается через плотность и объем, формула
Определение 7
Плотность вещества (ρ) — величина постоянная, равная отношению массы вещества к его объему. Плотность отражает, чему равна масса вещества в объеме 1 м3. Измеряется в кг/м3.
Формула 3
ρ=mV, где ρ — плотность вещества, m — масса вещества, V — объем вещества.
Из этой формулы можно вывести формулу массы.
Формула 4
м=ρV
Примеры решения задач на второй закон Ньютона
Второй закон Ньютона описывает взаимосвязь между ускорением, результатом действия всех сил, приложенных к телу, и массой тела. Это основной закон динамики.
Вспомните формулу второго закона:
а→=F→м
С помощью этой формулы решим несколько задач.
Задание 1
Предоставленный. На движущееся прямолинейное тело массой 36 кг действует сила, равная 54 Н. Вычислите ускорение тела.
Решение. Ускорение и сила, действующая на тело, направлены в одну сторону. Следовательно, ускорение и равнодействующую сил можно рассматривать как скалярные величины.
а=Fm;
1H=1кг м/с2, отсюда:
a=54 H36 кг=1,5 м/с2
Отвечать. 1,5 м/с2.
Задача 2
Предоставленный. Тело массой 10 кг, двигаясь равномерно ускоренно без начальной скорости, прошло 27 м в горизонтальном направлении за 1 мин. Произведите необходимые расчеты, чтобы определить, какая сила действует на тело.
Решение. Перед выполнением расчетов необходимо перевести все единицы в единую систему измерения. Возьмем СИ. Масса выражена в кг, путь в м. Необходимо перевести время в с:
1 мин = 60 с.
Ускорение можно найти по формуле пути равноускоренного движения:
S=at22⇒a=2St2
a=2 27м(60с)2=54м360с2=0,15м/с2
Теперь можно найти силу F:
F=am=0,15 м/с2 10 кг=1,5 Н.
Отвечать. 1,5 Н.