Masa un svars: fizikas definīcijas, atšķirības un mērvienības
Uzzini atšķirības starp masu un svaru, to definīcijas, mērvienības (kg, N) un praktiskas piemēras — vienkārši, skaidri un saprotami.
Fizikas zinātnēs masa un svars ir divi atšķirīgi, bet cieši saistīti jēdzieni. Īsumā:
Kas ir masa?
Masa ir objekta fiziska īpašība, kas raksturo tajā esošās vielas daudzumu un objektu pretestību paātrinājumam (inerci). Masa nav mērvienība, bet lielums, kuru mēra ar noteiktām mērvienībām. Masa ir skalārs lielums un nemainās atkarībā no atrašanās vietas — ja objektam noteiktā vietā piemērām 1 kg, tas būs 1 kg gan uz Zemes, gan uz Mēness.
Kas ir Svars?
Svars ir gravitācijas lauka radītā spēka mērs, ar kādu gravitācija (un centripetālie efekti, piemēram, Zemes rotācija) iedarbojas uz objektu. To parasti izsaka kā spēku, un tas ir vektors, kas norāda uz centru, pie kura gravitācija velk objektu. Matemātiski: W = m·g, kur W ir svars, m — masa, g — brīvās krišanas paātrinājums (uz Zemes aptuveni 9,81 m/s²).
Masa un svars — galvenās atšķirības
- Dabas veids: masa — īpašība (kvantitatīvs vielas daudzums), svars — spēks (gravitācijas ietekme).
- Mērķis: masa nosaka inerci; svars nosaka, cik liels ir spēks, ar kādu objekts nospiež virsmu.
- Mērvienības: masu mēra masas mērvienībās (skat. zemāk), svaru — spēka mērvienībās (ņūtonos).
- Atrašanās vietas ietekme: masa nemainās, bet svars mainās, jo mainās g (piemēram, starp ekvatoru un polu). Ja objektu pārvieto no ekvatora uz ziemeļu polu, tā svars var pieaugt aptuveni par 0,5% galvenokārt tāpēc, ka g ir nedaudz lielāks pie poliem (Zemes izliekuma un rotācijas ietekme). Masa paliek nemainīga.
Mērvienības un piemēri
Masu parasti izsaka kilogramos, gramstos, tonnās vai arī praktiskāk — mārciņās (imperiālā sistēma). Piemēram, viena litra (aptuveni 1 dm³) tīra ūdens masa pie 4 °C ir aptuveni 1 kilograms. Svaru mēra ņūtonos (N) — SI spēka mērvienībā. Viens kilograms masas, kurai Zemes gravitācijas paātrinājums ir 9,81 m/s², radīs spēku aptuveni 9,81 N (bieži noapaļo kā 9,8 N vai “gandrīz desmit ņūtonus”).
Piemērs: ja cilvēka masa ir 70 kg, tad viņa svars uz Zemes būs aptuveni 70 × 9,81 ≈ 687 N. Uz Mēness (g ≈ 1,62 m/s²) šī pati masa dotu svaru aptuveni 70 × 1,62 ≈ 113 N — tātad svars būtiski samazinās, bet masa nemainās.
Kā mēra masu un svaru?
- Smaguma (svēršanas) ierīces — sprieguma (atsperu) svari — mēra spēku (svaru), tāpēc to rādījumi mainās ar g. Ja mainās gravitācija vai ierīce atrodas ātrā rotācijā, rādījums mainīsies.
- Balansa tipa svari (svaru mēra, salīdzinot vienu masu ar citu) faktiski nosaka masu neatkarīgi no gravitācijas precīzā ziņā, jo tiek salīdzinātas divas masas tajā pašā lauka stiprumā.
- Modernas metodes mēra masu arī, izmantojot inerciālās metodes vai masas standartu pārcelšanu (SI pamata vienība kilograms šobrīd definēta ar fizisku konstanti).
Papildus piezīmes
- Fizikā pastāv jēdziens inerciālā masa un gravitācijas masa, kuru eksperimenti rāda, ka tās ir vienādas līdz ļoti augstai precizitātei — tas ir viens no pamatiem vispārējās relativitātes teorijas izpratnei.
- Masa un svars ikdienā tiek lietoti maināmi, piemēram, svara uz Zemes mērvienības cilvēku runā ir “kilogrami”, taču precīzāk jāapzinās, ka kilogrami ir masas mērs, kamēr spēka mērvienība ir ņūtons.
Ja vēlaties, varu pievienot papildu tabulu ar biežāk lietotajām mērvienībām (kg, g, lb, N) un pārrēķina piemēriem, vai arī ilustrāciju par to, kā mainās svars uz dažādiem debess ķermeņiem.
Šūpoļu ķēdes notur visu bērna svaru. Ja kāds stāvētu viņai aiz muguras šūpoļu apakšā un mēģinātu viņu apturēt, tas darbotos pret bērna inerci, kas rodas no masas, nevis svara.
Pārskats
Svars ir vērtība, ko mēra Zemes virspusē. Diemžēl parastie termini, ko izmanto, lai aprakstītu kāda objekta svaru, ir masas vienības, piemēram, kilogrami vai mārciņas. Gandrīz visā cilvēces vēsturē svars ir mērīts uz Zemes virsmas. Šeit svars ir proporcionāls masai. Vienādas masas objektiem ir vienāds svars. Objektam, kura masa ir divreiz lielāka par cita objekta masu, būs arī divreiz lielāks svars. Tāpēc ir ierasts lietot abus vārdus - masa un svars - tā, it kā tie nozīmētu vienu un to pašu, un kā masas un svara mērvienības lietot kilogramus vai mārciņas. Vienādu terminu lietošana, lai aprakstītu un izmērītu divas dažādas īpašības, ir novedusi pie šo divu īpašību - masas un svara - sajaukšanas. Masa un svars nav viens un tas pats.
Parasti ar masu apzīmē to, cik "smags" ir kāds objekts. Tomēr masa patiesībā ir inerciāla īpašība, proti, objekta tendence saglabāt nemainīgu ātrumu, ja vien uz to iedarbojas kāds ārējs spēks. Saskaņā ar Ņūtona otro kustības likumu, kas izteikts ar formulu, objekts ar masu m, kas ir viens kilograms, paātrināsies a ar ātrumu viens metrs sekundē sekundē (aptuveni viena desmitā daļa no Zemes gravitācijas radītā paātrinājuma), ja uz to iedarbojas spēks F, kas ir viens ņūtons.
Atšķirības sajūta
Svara un masas atšķirību ir iespējams sajust, uz divus vai vairāk metrus garas virves uzkarinot priekšmetu, kura masa ir lielāka par desmit kilogramiem. Ja cilvēks ar vienu pirkstu nospiež uz augšu pret objekta apakšdaļu, viņš sajūt objekta svaru. Ja cilvēks ar vienu pirkstu uz brīdi piespiež pakārtā objekta sānu, viņš sajūt objekta masu. (Svarīgi, lai viņi neiespiestu priekšmetu uz sāniem tik tālu, lai tas sāņus sānos sānslīdētu.)
Jautājumi un atbildes
J: Kāda ir atšķirība starp masu un svaru?
A: Masa ir mērvienība, kas nosaka vielas daudzumu objektā, bet svars ir mērvienība, kas nosaka gravitācijas radīto spēku uz objektu.
J: Kas ir svars?
A: Svars ir tas, cik spēcīgi gravitācija iedarbojas uz objektu.
Vai mainīsies objekta masa, ja to pārvietos no ekvatora uz ziemeļu polu?
A: Nē, objekta masa paliks nemainīga.
Vai mainīsies objekta svars, ja to pārvietos no ekvatora uz ziemeļu polu?
A: Jā, priekšmeta svars palielināsies par 0,5 %, jo palielināsies Zemes gravitācijas lauks.
J: Ar kādām mērvienībām mēra masu?
A.: Masu mēra kilogramos vai mārciņās.
J: Kāda ir viena litra ūdens tilpuma masa?
A: Viena litra ūdens tilpuma masa ir viens kilograms.
J: Ar kādām mērvienībām mēra svaru?
A: Svaru mēra ņūtonos, kas ir standarta spēka mērvienība.
Meklēt