Füüsikaliste terminite mõistmine ja suuruste määratluste tundmine mängib olulist rolli erinevate seaduste uurimisel ja füüsikaülesannete lahendamisel. Üks põhimõisteid on kehamassi mõiste. Vaatame lähem alt küsimust: mis on kehakaal?
Ajalugu
Kaasaegset füüsikakäsitlust arvesse võttes võib kindl alt väita, et keha mass on omadus, mis avaldub liikumisel, reaalsete objektide vastasmõjul, aga ka aatomi- ja tuumatransformatsioonidel. See arusaam massist kujunes aga välja üsna hiljuti, sõna otseses mõttes 20. sajandi esimestel kümnenditel tänu Einsteini loodud relatiivsusteooriale.
Ajalukku tagasi tulles tuletame meelde, et mõned Vana-Kreeka filosoofid uskusid, et liikumist ei eksisteeri, seega puudus kehamassi mõiste. Sellest hoolimata oli kehakaalu mõiste. Selleks piisab Archimedese seaduse meenutamisest. Kaal on seotud kehakaaluga. Need ei ole aga sama väärtusega.
BTänapäeval kujunes tänu Descartes'i, Galileo ja eriti Newtoni teostele kahe erineva massi mõiste:
- inerts;
- gravitatsiooniline.
Nagu hiljem selgus, on mõlemad kehamassitüübid sama väärtusega, mis oma olemuselt on iseloomulik kõigile meid ümbritsevatele objektidele.
Inertsiaalne
Inertsiaalmassist rääkides hakkavad paljud füüsikud andma valemit Newtoni teise seaduse jaoks, milles jõud, kehamass ja kiirendus on ühendatud ühes võrdsuses. Siiski on üks põhimõttelisem väljend, millest lähtudes Newton ise oma seaduse sõnastas. See puudutab liikumist.
Füüsikas mõistetakse impulsi all väärtust, mis võrdub kehamassi m ja selle liikumiskiiruse ruumis v korrutisega, see tähendab:
p=mv
Iga keha puhul on väärtused p ja v tunnuse vektormuutujad. Väärtus m on mingi koefitsiendi konstant vaadeldava keha jaoks, mis ühendab p ja v. Mida suurem on see koefitsient, seda suurem on p väärtus konstantsel kiirusel ja seda keerulisem on liikumist peatada. See tähendab, et keha mass on tema inertsiaalsete omaduste tunnus.
Kasutades p kirjalikku avaldist, sai Newton oma kuulsa seaduse, mis kirjeldab matemaatiliselt impulsi muutust. Tavaliselt väljendatakse seda järgmisel kujul:
F=ma
Siin on F jõud, mis mõjub kehale massiga m ja annab sellele kiirenduse a. Nagueelmises avaldises on mass m kahe vektori karakteristiku vaheline proportsionaalsustegur. Mida suurem on keha mass, seda keerulisem on muuta selle kiirust (vähem kui a) konstantse mõjuva jõu F abil.
Gravitatsioon
Ajaloo jooksul on inimkond järginud taevast, tähti ja planeete. 17. sajandil tehtud arvukate vaatluste tulemusena sõnastas Isaac Newton oma universaalse gravitatsiooni seaduse. Selle seaduse kohaselt tõmbuvad kaks massiivset objekti üksteise külge võrdeliselt kahe konstandiga M1 ja M2 ning pöördvõrdeliselt konstandi ruuduga. nendevaheline kaugus R, see on:
F=GM1 M2 / R2
Siin G on gravitatsioonikonstant. Konstandid M1 ja M2 nimetatakse vastastikmõjus olevate objektide gravitatsioonimassideks.
Seega on keha gravitatsioonimass reaalsete objektide vahelise tõmbejõu mõõt, millel pole inertsiaalmassiga midagi pistmist.
Kehakaal ja mass
Kui ül altoodud avaldist rakendada meie planeedi gravitatsioonijõule, saab kirjutada järgmise valemi:
F=mg, kus g=GM / R2
Siin on M ja R vastav alt meie planeedi mass ja selle raadius. G väärtus on igale koolilapsele tuttav vabalangemise kiirendus. Täht m tähistab keha gravitatsioonilist massi. See valem võimaldab teil arvutada m massiga keha külgetõmbejõu Maa poolt.
Newtoni kolmanda seaduse järgi peab jõud F olemaon võrdne toe N reaktsiooniga, millele keha toetub. See võrdsus võimaldab meil kasutusele võtta uue füüsikalise suuruse – kaalu. Kaal on jõud, millega keha venitab vedrustust või surub teatud toele.
Paljud inimesed, kes pole füüsikaga kursis, ei tee vahet kaalu ja massi mõistete vahel. Samas on need täiesti erinevad väärtused. Neid mõõdetakse erinevates ühikutes (mass kilogrammides, kaal njuutonites). Lisaks ei ole kaal kehale iseloomulik, mass küll. Sellegipoolest saate arvutada keha massi m, teades selle kaalu P. Seda tehakse järgmise valemi abil:
m=P / g
Mass on üksainus tunnus
Eespool märgiti, et keha mass võib olla gravitatsiooniline ja inertsiaalne. Oma relatiivsusteooriat arendades lähtus Albert Einstein eeldusest, et märgitud massitüübid esindavad sama aine omadust.
Siiani on erinevates olukordades läbi viidud arvuk alt mõlemat tüüpi kehamassi mõõtmisi. Kõik need mõõtmised viisid järeldusele, et gravitatsiooni- ja inertsiaalmassid langevad üksteisega kokku nende määramiseks kasutatud instrumentide täpsusega.
Tuumaenergeetika kiire areng möödunud sajandi keskel süvendas arusaamist massi mõistest, mis osutus seotuks energiaga valguse kiiruskonstandi kaudu. Keha energia ja mass on mingi üksiku mateeria olemuse ilming.
