Каков физический смысл массы тела каким свойством она обладает кратко
Обновлено: 02.07.2024
Масса (физ. величина) Масса, физическая величина, одна из основных характеристик материи, определяющая её инерционные и гравитационные свойства. Соответственно различают М. инертную и М. гравитационную (тяжёлую, тяготеющую).
Понятие М. было введено в механику И. Ньютоном . В классической механике Ньютона М. входит в определение импульса ( количества движения ) тела: импульс p пропорционален скорости движения тела v ,
Коэффициент пропорциональности ‒ постоянная для данного тела величина m ‒ и есть М. тела. Эквивалентное определение М. получается из уравнения движения классической механики
Здесь М. ‒ коэффициент пропорциональности между действующей на тело силой f и вызываемым ею ускорением тела a . Определённая соотношениями (1) и (2) М. называется инерциальной массой, или инертной массой; она характеризует динамические свойства тела, является мерой инерции тела: при постоянной силе чем больше М. тела, тем меньшее ускорение оно приобретает, то есть тем медленнее меняется состояние его движения (тем больше его инерция).
Действуя на различные тела одной и той же силой и измеряя их ускорения, можно определить отношения М. этих тел: m 1 : m 2 : m 3 . = a 1 : a 2 : a 3 . ; если одну из М. принять за единицу измерения, можно найти М. остальных тел.
В теории гравитации Ньютона М. выступает в другой форме ‒ как источник поля тяготения. Каждое тело создаёт поле тяготения, пропорциональное М. тела (и испытывает воздействие поля тяготения, создаваемого другими телами, сила которого также пропорциональна М. тел). Это поле вызывает притяжение любого другого тела к данному телу с силой, определяемой Ньютона законом тяготения :
где r ‒ расстояние между телами, G ‒ универсальная гравитационная постоянная , a m 1 и m 2 ‒ М. притягивающихся тел. Из формулы (3) легко получить формулу для веса Р тела массы m в поле тяготения Земли:
В принципе ниоткуда не следует, что М., создающая поле тяготения, определяет и инерцию того же тела. Однако опыт показал, что инертная М. и гравитационная М. пропорциональны друг другу (а при обычном выборе единиц измерения численно равны). Этот фундаментальный закон природы называется принципом эквивалентности. Его открытие связано с именем Г. Галилея , установившего, что все тела на Земле падают с одинаковым ускорением. А. Эйнштейн положил этот принцип (им впервые сформулированный) в основу общей теории относительности (см. Тяготение ). Экспериментально принцип эквивалентности установлен с очень большой точностью. Впервые (1890‒1906) прецизионная проверка равенства инертной и гравитационной М. была произведена Л. Этвешем , который нашёл, что М. совпадают с ошибкой ~ 10 -8 . В 1959‒64 американские физики Р. Дикке, Р. Кротков и П. Ролл уменьшили ошибку до 10 -11 , а в 1971 советские физики В. Б. Брагинский и В. И. Панов ‒ до 10 -12 .
Принцип эквивалентности позволяет наиболее естественно определять М. тела взвешиванием .
Первоначально М. рассматривалась (например, Ньютоном) как мера количества вещества. Такое определение имеет ясный смысл только для сравнения однородных тел, построенных из одного материала. Оно подчёркивает аддитивность М. ‒ М. тела равна сумме М. его частей. М. однородного тела пропорциональна его объёму, поэтому можно ввести понятие плотности ‒ М. единицы объёма тела.
В классической физике считалось, что М. тела не изменяется ни в каких процессах. Этому соответствовал закон сохранения М. (вещества), открытый М. В. Ломоносовым и А. Л. Лавуазье . В частности, этот закон утверждал, что в любой химической реакции сумма М. исходных компонентов равна сумме М. конечных компонентов.
При малых скоростях ( v с ) это соотношение переходит в Ньютоново соотношение р = mv . Поэтому величину m 0 называют массой покоя, а М. движущейся частицы m определяют как зависящий от скорости коэфф. пропорциональности между р и v :
Имея в виду, в частности, эту формулу, говорят, что М. частицы (тела) растет с увеличением её скорости. Такое релятивистское возрастание М. частицы по мере повышения её скорости необходимо учитывать при конструировании ускорителей заряженных частиц высоких энергий. М. покоя m 0 (М. в системе отсчёта, связанной с частицей) является важнейшей внутренней характеристикой частицы. Все элементарные частицы обладают строго определёнными значениями m 0 , присущими данному сорту частиц.
Следует отметить, что в релятивистской механике определение М. из уравнения движения (2) не эквивалентно определению М. как коэффициент пропорциональности между импульсом и скоростью частицы, так как ускорение перестаёт быть параллельным вызвавшей его силе и М. получается зависящей от направления скорости частицы.
Согласно теории относительности, М. частицы m связана с её энергией Е соотношением:
М. покоя определяет внутреннюю энергию частицы ‒ так называемую энергию покоя Е 0 = m 0 c 2 . Таким образом, с М. всегда связана энергия (и наоборот). Поэтому не существует по отдельности (как в классической физике) закона сохранения М. и закона сохранения энергии ‒ они слиты в единый закон сохранения полной (то есть включающей энергию покоя частиц) энергии. Приближённое разделение на закон сохранения энергии и закон сохранения М. возможно лишь в классической физике, когда скорости частиц малы ( v с ) и не происходят процессы превращения частиц.
В релятивистской механике М. не является аддитивной характеристикой тела. Когда две частицы соединяются, образуя одно составное устойчивое состояние, то при этом выделяется избыток энергии (равный энергии связи ) D Е , который соответствует М. D m = D Е/с 2 . Поэтому М. составной частицы меньше суммы М. образующих его частиц на величину D Е/с 2 (так называемый дефект масс ). Этот эффект проявляется особенно сильно в ядерных реакциях . Например, М. дейтрона (d) меньше суммы М. протона (p) и нейтрона (n); дефект М. D m связан с энергией Е g гамма-кванта (g), рождающегося при образовании дейтрона: p + n ® d + g, Е g = D m · c 2 . Дефект М., возникающий при образовании составной частицы, отражает органическую связь М. и энергии.
Единицей М. в СГС системе единиц служит грамм , а в Международной системе единиц СИ ‒ килограмм . М. атомов и молекул обычно измеряется в атомных единицах массы . М. элементарных частиц принято выражать либо в единицах М. электрона m e , либо в энергетических единицах, указывая энергию покоя соответствующей частицы. Так, М. электрона составляет 0,511 Мэв , М. протона ‒ 1836,1 m e , или 938,2 Мэв и т. д.
Природа М. ‒ одна из важнейших нерешенных задач современной физики. Принято считать, что М. элементарной частицы определяется полями, которые с ней связаны (электромагнитным, ядерным и другими). Однако количественная теория М. ещё не создана. Не существует также теории, объясняющей, почему М. элементарных частиц образуют дискретный спектр значений, и тем более позволяющей определить этот спектр.
Лит.: Джеммер М., Понятие массы в классической и современной физике, перевод с английского, М., 1967; Хайкин С. Э., физические основы механики, М., 1963; Элементарный учебник физики, под редакцией Г. С. Ландсберга, 7 изд., т. 1, М., 1971.
Я. А. Смородинский.
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .
Странный вопрос на самом деле. Масса — это фундаментальное физическое понятие, примерно как аксиома в математике. Свойство, характеристика окружающего нас мира.
Однако, как я понимаю, таков ожидаемый ответ:
Массу любого тела можно охарактеризовать с двух позиций, позиции современной физики и позиции классической Ньютоновской механики. С точки зрения последней, масса — есть характеристика тела (частицы) определяющая величину гравитационного взаимодействия. То есть если существуют два тела и между ними определенно гравитационное взаимодействие, тогда оба тела будут иметь массу. Известно что величина этого взаимодействия определяется уравнением: F=
Где F — сила гравитационного взаимодействия, G — гравитационная постоянная, m1 и m2 — массы взаимодействующих тел, r — расстояние между ними.
С позиции же современной физики, масса — это характеристика содержащейся в теле (частице) энергии, обуславливающей существование этого тела (частицы). Другими словами, любое физическое тело, существуя, обладает некоторой энергией покоя, и масса — одна из сторон проявления взаимодействия этой энергии с прочими телами во вселенной. Величина энергии покоя, через массу, определяется известным уравнением:
Что такое масса тела и как формируется это понятие в нашем сознании? Что является основой при формировании физических законов? Об этом идет речь в данной статье.
Фото: ссылка
Масса, одно из фундаментальных понятий физики, которое определяет физическое свойство тел. При этом физика не раскрывает содержание самого свойства, а ограничивается лишь констатацией фактов на основе опытных данных. Поэтому свойство тел определяется не исходным понятием, скажем Первоосновы, а физическими законами, полученными фактически на основе наблюдаемого поведения тел в тех или иных условиях. После того, как законы прописаны и получили одобрение научным сообществом в качестве "неоспоримого" доказательства, то и само свойство в итоге получает легитимное понятие, прописанное этими же законами.
В результате, например, свойство тел сопротивляться изменению движения, известное как инерция, приобретает количественные оценки относительно какого-то другого выделенного значения, например, относительно позиции другого объекта, либо относительно абстрактной системы координат, что в итоге закрепляется законами. При этом естественно возникает множество всяких домыслов, так как точка отсчета, порой, сама требует глубокого осмысления по поводу собственных свойств и т.д.
Последовательность движения научной мысли добавляет каждый раз к "научно-обоснованному" свойству тела дополнительную деталь из числа "наблюдаемых" явлений. И здесь простор необъятный, так как в их число входят абстрактные представления самого наблюдателя.
У человека, наблюдателя, просто отсутствует собственная методика отличия абстрактного от реального, так как всё наблюдаемое он связывает с устоявшимися понятиями, хранящимися в его собственной памяти. И если какие-либо изменения возникают, то они происходят на его частной собственной метрической основе. С этим связана вся чехарда понятий как в естественной, так и гуманитарной научной сфере, так как на частной, скажем персональной, основе сравнения невозможно описать независимые изменения, которые несомненно имеют место быть. По этой причине, из-за отсутствия Реального Мировоззрения, страдает вся фундаментальная наука.
Например, совершенно фантастическая идея по ограничению скорости света привела в конечном итоге к созданию релятивистской механики. Не разобравшись с сущностью света, физики постулировали ограничение его скорости фактически относительно его же самого. Вы спросите, – а как это так?
Да очень просто! Ведь в любом случае ограничение скорости подразумевает присутствие разницы скоростей, скажем начальной и предельной, которая по определению должна быть связана с одним и тем же объектом, в данном случае со светом, а предельное значение наоборот предусматривает отсутствие этой разницы. Скорость получает абсолютное свойство, которое распространяется не только на свет, но и на другие объекты, и не связано в таком случае с веществом. Дальше традиционная логика просто отказывается работать, как собственно и не работала с самого начала. Поэтому не будем влезать в детали истории принятия подобного решения. Многоуважаемое научное сообщество уже набило на этом оскомину – в доказательстве недоказуемого. В результате физика получила "абсолютное" свойство вещества, связанное с параметром С - скоростью света.
На самом деле любое абсолютное понятие в рамках существующей парадигмы сознания можно ввести только относительно самого наблюдателя, который при любом процессе сохраняет своё собственное неизменное состояние, что и определяет в целом основу Мировоззрения. Неизменность наблюдателя при этом не выдерживает самой примитивной критики, но избавиться от подобной ошибки Мировоззрения современная наука просто не в состоянии.
Все настолько привыкли к такому положению вещей, что это уже не кажется чем-то из ряда вон выходящим, так как данный процесс научного познания в целом не противоречит всему ходу научного прогресса. На самом деле процесс познания происходит с необычайной легкостью, потому что не противоречит исходному наблюдаемому постулату, связанному с "абсолютной" неподвижностью физика-наблюдателя и происходящих относительно него изменений. При этом путем введения очередного закона происходит легализация понятий о свойствах вещества.
Изменения по отношению к собственному состоянию субъекта научного исследования в рамках действующей мировоззренческой парадигмы получают пропорциональную метрику и описываются линейными изменениями вида:
А(2)- А(1) = t*n , где А(1) и А(2) – первичное и вторичное состояние объекта, n – его количественный счётный параметр, а t – абстрактный параметр изменений, роль которого выполняет время. Время является абстрактным параметром, несмотря на то, что ему приписывают однородность и непрерывность течения. За этим его "назначенным" свойством скрывается банальная пропорциональность изменений А относительно счётного n. При этом непрерывность течения времени вообще никак не обосновывается, так как подобное понятие в рамках счётной частной основы сравнения просто отсутствует.
Про свет и его неразгаданное свойство, корпускулярно-волновой дуализм, все практически забыли. Да это и неважно, с чего всё началось, главное получен абсолютный параметр С, имеющий размерность скорости, и относительно которого можно проводить офизичивание других свойств вещества. В результате на свет появилась релятивистская масса.
Появление абсолютного понятия в виде предельной скорости света С вызвало громкие и продолжительные аплодисменты, так как в целом наука искренне нуждалась в абсолютной точке отсчёта, хоть и в корне не верной. Этот простой пример показывает, как исходное свойство хоронится в хитросплетениях научно-обоснованных понятий, началом которых, как мы выяснили, является простейший постулат о независимости собственного состояния наблюдателя. Именно это "явление" и послужило основой для формирования физического понятия массы тела, и любая попытка проникнуть в его суть сталкивается с мировоззрением самого наблюдателя, а не с естественным физическим свойством материи. С естественным физическим свойством материи также не связано понятие времени, которое откалибровано под опять же собственную неизменность наблюдателя.
Думаю, что приведенного примера вполне достаточно для уважаемых слушателей, чтобы не кинуться крыть всё и вся никому не нужными формулами, не отражающими суть происходящих процессов в Пространстве, а лишь удовлетворяющих их собственное воображение.
На этом собственно повествование о "массе" как о физическом отражении свойства вещества закончено.
Таким образом, за классическим физическим понятием массы объекта ничто не стоит кроме исходных абстрактных воображений. В том числе, нет никакого смысла что-либо искать, например, в таком на первый взгляд фундаментальном понятии как элементарная частица, да ещё несущая на своей шее какую-то массу.
Поэтому не пойдем на поводу у этой чехарды, а постараемся напрямую раскрыть понятие свойства материи, которое и приводит к появлению подобного поведения тел. Что значит напрямую? А то, что мы не будем вводить аксиомы и постулаты для подгонки наблюдаемых свойств, а будем исходить из Реальности – Первоосновы всего Сущего.
В Теории Реального объекта (ТРО) понятие массы носит вторичный характер на фоне первичного понятия Приоритета и не входит в число фундаментальных и нераскрытых свойств материи. Напомним, что Первоосновой исходного состояния Пространства является связанное состояние частного-целого, определяемое тем, что часть любого рассматриваемого объекта входит в состав его целого состояния. Это естественное положение вещей определяет ту искомую Абсолютную Асимметрию, которая заложена в самой природе всех процессов. Более подробно с данным обоснованием можно ознакомиться в книге автора "Теория реального объекта".
Одной из важнейших характеристик любого тела является его масса. Во многих физических законах и уравнениях масса тела играет одну из важнейших ролей, иногда совершенно меняя результат физического явления. Например, при равном объёме всплывание тела в одной и той же жидкости определяется исключительно массой. Поговорим о том, что это за величина, какие у неё свойства и особенности, на что влияет масса тела.
Масса тела
Для знакомства с физической природой массы проще всего провести опыт с телами одинаковой формы и размеров, но различной массы. Например, можно взять небольшой воздушный шарик, футбольный мяч и чугунное ядро тех же размеров (20—25 см диаметром).
Несмотря на одинаковые размеры, эти три тела при броске поведут себя совершенно по-разному. Воздушный шарик после удара по нему сразу приобретёт скорость, практически равную скорости руки. Но далее его скорость будет очень быстро уменьшаться из-за воздушного сопротивления. Футбольный мяч после удара пролетит гораздо дальше — на десятки метров. Но сообщить ему ту же начальную скорость, как воздушному шарику, будет труднее. Если же взять чугунное ядро, то силы мускулов хватит лишь на то, чтобы бросить его на пару метров.
Почему же в приведённых трёх примерах получается совершенно разный результат? Ответ заключается в разнице масс используемых предметов.
Рис. 1. Масса тела
Свойства массы
Масса — это свойство любого материального объекта. Из-за наличия массы телам невозможно сообщить скорость мгновенно. Потребуется некоторое время, за которое тело наберёт скорость — тем большее, чем больше инертность тела, то есть чем большей массой оно обладает.
Масса также участвует в гравитационных взаимодействиях, она входит в формулу закона всемирного тяготения, учитывается в расчётах движения небесных тел. Неоднократные опыты доказывают эквивалентность инертной и гравитационной массы. Однако причина этого равенства — вопрос, открытый в современной физике.
Рис. 2. Гравитация в физике.
Единица измерения массы в СИ — килограмм (кг). Это базовая единица, то есть она не выводится из других, а сравнивается с некоторым эталоном. Изначально эталоном килограмма был вес воды объёмом 1 литр. Позже за эталон был принят специально изготовленный цилиндр диаметром и высотой 39,17 мм, сделанным из платино-иридиевого сплава. Сейчас килограмм определяется из фундаментальных физических констант (таких, как постоянная Планка, постоянная Больцмана).
Рис. 3. Эталон килограмма
Что мы узнали?
Любой материальный объект обладает инертностью, то есть для того чтобы изменить его скорость, требуется некоторое время и силы. Мера инертности — это масса. Масса также участвует в гравитационном взаимодействии. Измеряется масса в килограммах.
Читайте также: