Masa a ciężar - oddziaływanie grawitacyjne
Z pewnością znasz takie pojęcia jak waga i masa. Wiesz ile ważysz. Powiedzmy 55 kilogramów. Tak naprawdę ta wartość to jednak nie tyle Twoja waga co wartość masy Twojego ciała. Potocznie używamy określeń waga i masa zamiennie, ale nie oznaczają one tego samego i bywa to dość mylące.
rys. 1 Jeśli na Ziemi Twoja waga to 55 kilogramów [kG]
to na Księżycu będziesz ważyć tylko 9 kilogramów [kG]
Ile ważysz na Ziemi, ile na Księżycu, a ile na Jowiszu?
Tylko na Ziemi, i to nie w każdym miejscu (por. rys.4), Twoja waga w kilogramach jest równa Twojej masie. Gdybyś stanął na wadze na Księżycu to wskazywałaby wagę nieco ponad 9 kilogramów, a na Jowiszu (przyjmijmy na chwilę, że można by było na nim stanąć) ważyłbyś ok. 143 kilogramów. A w przestrzeni kosmicznej w stanie nieważkości Twoja waga równałaby się ZERO kilogramów. Nie udałoby Ci się nawet stanąć na wadze.
W fizyce pojęcia: masa i waga określają inne wielkości. Masa jest wielkością, która odnosi się ilości materii składającej się na Twoje ciało. Jest wielkością, która odnosi się do bezwładności, jest miarą bezwładności. Ma taką samą wartość w każdych warunkach, i na Ziemi i na Księżycu i w przestrzeni kosmicznej. W kosmosie w stanie nieważkości nie masz ciężaru, ale masz masę. Samo określenie nieważkość odnosi się do [nic] nie ważenia.
Jednostką masy jest gram - 1g.
rys. 3 Twoja waga to siła z jaką Ziemia przyciąga Twoje ciało
rys. 4 Anomalie grawitacji ziemskiej
Ciężar jako siła ...
Gdy stajesz na wadze to Twoje ciało, przyciągane przez ziemską grawitację naciska na nią z siłą, która jest proporcjonalna do Twojej masy. Ktoś o większej masie niż Twoja, będzie, co zrozumiałe "naciskał" bardziej, waga pokaże, że więcej waży.
Ciężar to siła z jaką Twoja masa jest przyciągana siłami grawitacji przez inną masę. Na Ziemi to ona przyciąga Twoje ciało. Jeśli stoisz na wadze to pokazuje ona wartość tej siły co określamy jako Twój ciężar. Na Ziemi Twój ciężar jest odpowiada Twojej masie.
Dawniej na określenie wartości siły używano jednostki kilogram siły - kG. Dziś posługujemy się innymi jednostkami siły, wyrażamy ją w newtonach. 1kG = 9,81N [ N=kg*m/s2]
Jeśli chcesz wiedzieć z jaką siłą Ziemia przyciąga Twoje ciało to należy to obliczyć wg wzoru F=m*g [N].
Jeśli Twoja masa = 55 kg to Twoja waga, czyli siła F z jaką Ziemia przyciąga Twoje ciało to F=55 [kg]*9,81 [m/s2] = 539,55 N
Księżyc ma masę mniejszą niż Ziemia, a Jowisz większą, i to dlatego Twoja waga na Księżycu będzie mniejsza, a na Jowiszu byłaby większa.
rys.5 Oddziaływanie Ziemi i Księżyca
rys. 6 Oddziaływanie wzajemne Słońca i Ziemi
Prawo powszechnego ciążenia i pole grawitacyjne
Pole grawitacyjne wytwarzają obiekty posiadające masę. W naszym życiu doświadczamy, można wręcz powiedzieć, że istniejemy dzięki polu grawitacyjnemu Ziemi.
Prawo grawitacji używane w fizyce klasycznej odkrył i sformułował angielski uczony Izaak Newton. Albert Einstein w ogólnej teorii względności (OTW) rozwinął teorię opisującą pole grawitacyjne wskazując na jego związek z cechami przestrzeni.
Siła grawitacji F jest proporcjonalna do iloczynu oddziałujących na siebie mas m1 i m2 i odwrotnie proporcjonalna do ich odległości r. Współczynnikiem proporcjonalności jest stała grawitacyjna G
G = 6.674·10-11 [N·m2 /kg2 ] = 6.674·10-11 [m3 /kg·s2]
Graficznie pole grawitacyjne można przedstawić za pomocą linii pola lub powierzchni ekwipotencjalnych, czyli miejsc/punktów o takiej samej wartości siły (grawitacja według Newtona) lub krzywizny przestrzeni (grawitacja według Einsteina). Zwrot linii pola jest zgodny ze zwrotem sił działających na masę punktową.
Podsumowanie
Teraz już wiesz, że masa i ciężar tylko pozornie oznaczają to samo.
Zadanie:
Sprawdź ile ważysz - to wartość Twojej masy. Oblicz wielkość siły z jaką Twoje ciało jest przyciągane na Ziemi, a z jaką byłoby przyciągane na Księżycu i na Jowiszu.
tel.: 505 377 726 e-mail: kontakt@terazrozumiem.pl
NOTA PRAWNA: Zgodnie z art. 25 ust. 1 pkt 1 b) Ustawy o prawach autorskich i prawach pokrewnych (z 4 lutego 1994 r, z późn. zmianami) zastrzegam, że wszystkie materiały zamieszczone na terazrozumiem.pl są objęte prawami autorskimi, a ich dalsze rozpowszechnianie bez mojej zgody jest zabronione