การทำความเข้าใจเงื่อนไขทางกายภาพและการรู้คำจำกัดความของปริมาณมีบทบาทสำคัญในการศึกษากฎหมายต่างๆ และสำหรับการแก้ปัญหาทางฟิสิกส์ หนึ่งในแนวคิดพื้นฐานคือแนวคิดเรื่องมวลกาย มาดูคำถามกันดีกว่า: น้ำหนักตัวคืออะไร?
ประวัติศาสตร์
เมื่อพิจารณาจากมุมมองทางฟิสิกส์สมัยใหม่แล้ว ก็ปลอดภัยที่จะกล่าวได้ว่ามวลของร่างกายเป็นลักษณะเฉพาะที่แสดงออกระหว่างการเคลื่อนไหว ระหว่างปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุจริง ตลอดจนระหว่างการเปลี่ยนแปลงของอะตอมและนิวเคลียร์ อย่างไรก็ตาม ความเข้าใจเรื่องมวลนี้ก่อตัวขึ้นในช่วงทศวรรษแรกของศตวรรษที่ 20 อย่างแท้จริง โดยต้องขอบคุณทฤษฎีสัมพัทธภาพที่สร้างขึ้นโดยไอน์สไตน์
ย้อนกลับไปสู่ประวัติศาสตร์ เราจำได้ว่านักปรัชญาบางคนของกรีกโบราณเชื่อว่าไม่มีการเคลื่อนไหว ดังนั้นจึงไม่มีแนวคิดเรื่องมวลกาย อย่างไรก็ตาม มีแนวคิดเรื่องน้ำหนักตัว การทำเช่นนี้ก็เพียงพอที่จะระลึกถึงกฎของอาร์คิมิดีส น้ำหนักสัมพันธ์กับน้ำหนักตัว อย่างไรก็ตาม มันมีค่าไม่เหมือนกัน
Bในยุคปัจจุบัน ต้องขอบคุณผลงานของเดส์การต กาลิเลโอ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งนิวตัน แนวคิดของมวลชนสองกลุ่มที่แตกต่างกันจึงเกิดขึ้น:
- เฉื่อย;
- แรงโน้มถ่วง
ปรากฏในภายหลัง มวลกายทั้งสองประเภทมีค่าเท่ากัน ซึ่งโดยธรรมชาติแล้วเป็นลักษณะของวัตถุทั้งหมดรอบตัวเรา
เฉื่อย
เมื่อพูดถึงมวลเฉื่อย นักฟิสิกส์หลายคนเริ่มที่จะกำหนดสูตรกฎข้อที่สองของนิวตัน ซึ่งแรง มวลกาย และความเร่งจะเชื่อมโยงกันในความเท่าเทียมกัน อย่างไรก็ตาม มีสำนวนพื้นฐานกว่าที่นิวตันกำหนดกฎของเขาเอง มันเป็นเรื่องของการเคลื่อนไหว
ในทางฟิสิกส์ โมเมนตัมถูกเข้าใจว่าเป็นค่าที่เท่ากับผลคูณของมวลกาย m และความเร็วของการเคลื่อนที่ในอวกาศ v นั่นคือ:
p=มv
สำหรับเนื้อหาใด ๆ ค่า p และ v เป็นตัวแปรเวกเตอร์ของคุณลักษณะ ค่า m คือค่าคงที่สัมประสิทธิ์บางส่วนสำหรับวัตถุที่พิจารณา ซึ่งเชื่อมต่อ p และ v ยิ่งสัมประสิทธิ์นี้มากเท่าใด ค่า p ที่ความเร็วคงที่ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และยิ่งยากที่จะหยุดการเคลื่อนที่ นั่นคือมวลของร่างกายเป็นคุณลักษณะของคุณสมบัติเฉื่อย
ใช้นิพจน์ที่เป็นลายลักษณ์อักษรสำหรับ p นิวตันได้กฎที่มีชื่อเสียงของเขา ซึ่งอธิบายการเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัมในทางคณิตศาสตร์ โดยปกติจะแสดงในรูปแบบต่อไปนี้:
F=มa
ที่นี่ F คือแรงที่กระทำต่อวัตถุที่มีมวล m และให้ความเร่ง a เช่นเดียวกับในในนิพจน์ก่อนหน้า มวล m เป็นปัจจัยสัดส่วนระหว่างคุณลักษณะเวกเตอร์ทั้งสอง ยิ่งมวลของร่างกายมากเท่าไหร่ก็ยิ่งยากต่อการเปลี่ยนความเร็ว (น้อยกว่า a) ด้วยความช่วยเหลือของแรงกระทำคงที่ F.
แรงโน้มถ่วง
ตลอดประวัติศาสตร์ มนุษยชาติได้ติดตามท้องฟ้า ดวงดาว และดาวเคราะห์ จากการสังเกตหลายครั้งในศตวรรษที่ 17 ไอแซก นิวตันได้กำหนดกฎความโน้มถ่วงสากลของเขา ตามกฎหมายนี้ วัตถุขนาดใหญ่สองชิ้นถูกดึงดูดเข้าหากันในสัดส่วนของค่าคงที่สองตัว M1 และ M2 และแปรผกผันกับกำลังสองของ ระยะห่าง R ระหว่างพวกเขา นั่นคือ:
F=GM1 M2 / R2
ที่นี่ G คือค่าคงตัวโน้มถ่วง ค่าคงที่ M1 และ M2 เรียกว่ามวลโน้มถ่วงของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์กัน
ดังนั้น มวลความโน้มถ่วงของร่างกายจึงเป็นหน่วยวัดแรงดึงดูดระหว่างวัตถุจริง ซึ่งไม่เกี่ยวอะไรกับมวลเฉื่อย
น้ำหนักตัวและมวล
หากนิพจน์ข้างต้นใช้กับแรงโน้มถ่วงของโลกเรา สามารถเขียนสูตรต่อไปนี้ได้:
F=mg โดยที่ g=GM / R2
ที่นี่ M และ R คือมวลของโลกและรัศมีของมันตามลำดับ ค่าของ g คือความเร่งของการตกอย่างอิสระที่เด็กนักเรียนทุกคนคุ้นเคย ตัวอักษร m หมายถึงมวลโน้มถ่วงของร่างกาย สูตรนี้ให้คุณคำนวณแรงดึงดูดโดยโลกของวัตถุที่มีมวล m
ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน แรง F ต้องเป็นเท่ากับปฏิกิริยาของการสนับสนุน N ที่ร่างกายวางอยู่ ความเท่าเทียมกันนี้ทำให้เราสามารถแนะนำปริมาณทางกายภาพใหม่ - น้ำหนัก น้ำหนักคือแรงที่ร่างกายยืดช่วงล่างหรือกดบนฐานรองรับ
หลายคนที่ไม่คุ้นเคยกับฟิสิกส์ไม่แยกแยะระหว่างแนวคิดเรื่องน้ำหนักและมวล ในขณะเดียวกันก็มีค่าต่างกันโดยสิ้นเชิง วัดเป็นหน่วยต่าง ๆ (มวลเป็นกิโลกรัม น้ำหนักเป็นนิวตัน) นอกจากนี้ น้ำหนักไม่ใช่ลักษณะเฉพาะของร่างกาย แต่เป็นมวล อย่างไรก็ตาม คุณสามารถคำนวณมวลของร่างกาย m โดยรู้น้ำหนักของมัน P ทำได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:
m=P / g
มวลเป็นลักษณะเดียว
มีข้อสังเกตข้างต้นว่ามวลของร่างกายสามารถมีแรงโน้มถ่วงและเฉื่อยได้ ในการพัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพของเขา อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เริ่มจากสมมติฐานที่ว่ามวลที่ทำเครื่องหมายไว้เป็นตัวแทนของลักษณะเดียวกันของสสาร
จนถึงขณะนี้ การวัดมวลกายทั้งสองแบบจำนวนมากได้ถูกดำเนินการในสถานการณ์ต่างๆ การวัดทั้งหมดเหล่านี้นำไปสู่ข้อสรุปว่ามวลความโน้มถ่วงและมวลเฉื่อยเกิดขึ้นพร้อมกันด้วยความแม่นยำของเครื่องมือที่ใช้ในการหาค่าเหล่านี้
การพัฒนาอย่างรวดเร็วของพลังงานนิวเคลียร์ในช่วงกลางศตวรรษที่ผ่านมาทำให้เข้าใจแนวคิดเรื่องมวลอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น ซึ่งกลายเป็นว่าเกี่ยวข้องกับพลังงานผ่านค่าคงที่ความเร็วของแสง พลังงานและมวลของร่างกายเป็นการแสดงออกถึงแก่นแท้ของสสารบางอย่าง