Маса и тегло във физиката: разлика, определения и единици
Научете разликата между маса и тегло във физиката: ясни определения, примери и мерни единици (кг, N) за точни изчисления и лесно разбиране.
Във физическите науки масата и теглото са различни понятия. Масата на даден обект е мярка за количеството вещество в обекта. Теглото е мярка за силата върху обекта, причинена от гравитационното поле. С други думи, теглото е силата, с която гравитацията привлича обекта. Това означава, че масата на даден обект ще остане същата, където и да се намира на земната повърхност, но ако той бъде преместен от екватора до Северния полюс, теглото му ще нарасне с приблизително 0,5 % поради комбинираното влияние на по-голямата гравитация на полюсите (по-малко отдалечаване от центъра на Земята) и намалената центробежна сила при липса на ротационно ускорение на полюса.
Какво точно означават двете величини
- Маса – количествената характеристика на материята. Във физиката се различават инертна маса (мярка за съпротивлението срещу промяна на скоростта) и гравитационна маса (мярка за това как тя взаимодейства с гравитацията). Експериментално инертната и гравитационната маса са еквивалентни в много висока точност (принцип на еквивалентност).
- Тегло – сила, която действа върху масата поради гравитация. То зависи от местоположението (стойността на ускорението на гравитацията g) и се изчислява по формулата: F = m · g.
Единици и измерване
Масата се измерва в килограми (SI-единица – килограм). В исторически и практичен контекст в текста присъства и втори килограм като същата единица; актуалната дефиниция на килограма (от 2019 г.) е свързана с фиксираната стойност на постоянната на Планк. Един литър вода при 4 °C има маса приблизително един килограм при нормално налягане.
Теглото се измерва в нютони (N) — стандартната единица за сила в SI. На Земята средното ускорение на свободното падане е g ≈ 9.80665 m/s², така че маса от 1 kg има тегло около 9.80665 N. Затова в ежедневен език често се казва, че “еднокилограмова маса” натиска повърхността с почти десет нютона сила; точната стойност е около 9.81 N.
Практически последици и примери
- В космоса (в орбита) предметите са в състояние на безтегловност — те продължават да имат същата маса, но почти нямат нормална контактна сила (тегло) върху контейнера или метра, в който се намират.
- Мерните уреди: везните, които сравняват маси (балансови везни), измерват маса независимо от g; пружинните везни измерват сила (тегло) и показанието им зависи от местната стойност на g.
- На Луната g ≈ 1.62 m/s², така че обект ще тежи приблизително 0.165 пъти своето тегло на Земята (т.е. 1 kg → ~1.62 N на Луната).
Кратко резюме
- Маса = количество материя; единица: килограм (килограми, килограми).
- Тегло = сила на гравитацията върху масата; единица: нютони (нютони).
- Формула: F = m · g, с g ≈ 9.80665 m/s² на повечето места на Земята.
Различаването на масата и теглото е важно както за научни изследвания, така и за ежедневни приложения — от лабораторни измервания до инженерни изчисления и космически полети.
Веригите на люлката държат цялото тегло на детето. Ако някой застане зад нея в долната част на люлката и се опита да я спре, той ще действа срещу нейната инерция, която се дължи на масата, а не на теглото.
Преглед
Теглото на нещо е стойността, измерена на повърхността на Земята. За съжаление често използваните термини за описание на теглото на даден обект са единици за маса, като килограми или паунди. През почти цялата човешка история теглото се е измервало на повърхността на Земята. Тук теглото е пропорционално на масата. Предмети с еднаква маса имат еднакво тегло. Обект, чиято маса е два пъти по-голяма от масата на друг обект, ще има и два пъти по-голямо тегло. Вследствие на това е обичайна практика двете думи - маса и тегло - да се използват така, сякаш означават едно и също нещо, и да се използват килограми или паунди като единици за маса и тегло. Използването на едни и същи термини за описване и измерване на две различни свойства е довело до объркване между тези две свойства - маса и тегло. Масата и теглото не са едно и също нещо.
Обикновено масата се отнася до това колко "тежко" е дадено нещо. В действителност обаче масата е инерционно свойство, т.е. тенденцията на даден обект да запазва постоянна скорост, ако не му въздейства външна сила. Според втория закон за движението на Нютон, изразен във формулата, обект с маса, m, един килограм ще се ускори, a, с един метър в секунда в секунда (около една десета от ускорението, дължащо се на земното притегляне), когато върху него действа сила, F, от един нютон.
Усещане за разлика
Възможно е да се усети разликата между тегло и маса, като се окачи предмет с маса над десет килограма на въже с дължина два или повече метра. Ако човек натисне с пръст нагоре долната част на предмета, той ще усети теглото на предмета. Ако човек натисне за момент с един пръст страната на окачения предмет, той ще усети масата на предмета. (Важно е да не натискат обекта отстрани достатъчно, за да започнат да го повдигат.)
Въпроси и отговори
В: Каква е разликата между маса и тегло?
О: Масата е мярка за количеството вещество в даден обект, докато теглото е мярка за силата, която гравитацията упражнява върху обекта.
В: Какво представлява теглото?
О: Теглото е силата, с която гравитацията привлича даден обект.
Въпрос: Ще се промени ли масата на един обект, ако той се премести от екватора на Северния полюс?
О: Не, масата на обекта ще остане същата.
Въпрос: Ще се промени ли теглото на един предмет, ако се премести от екватора на Северния полюс?
О: Да, теглото на предмета ще нарасне с 0,5 % поради увеличаването на земното гравитационно поле.
В: С какви единици се измерва масата?
О: Масата се измерва в килограми или паунди.
В: Каква е масата на един литър вода?
О: Масата на един литър вода е един килограм.
В: С какви единици се измерва теглото?
О: Теглото се измерва в нютони, които са стандартната единица за сила.
обискирам