Маса

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Перейти до: навігація, пошук

Ма́са — фізична величина, яка є одною з основних характеристик матерії та визначає її інерційні та гравітаційні властивості.

Маса зазвичай позначається латинською літерою m.

Зміст

[ред.] Одиниці вимірювання маси

Одиницею вимірювання маси в системі CI є кілограм. В системі СГС маса вимірюється в грамах. В атомній фізиці заведено прирівнювати масу до атомної одиниці маси, у фізиці твердого тіла - маса електрона, в фізиці високих енергій масу вимірюють в електронвольтах. Крім цих одиниць, що використовуються в науці існує велика різноманітність історичних одиниць маси, які зберегли свою окрему сферу використання: фунт, унція, гран, карат, тонна тощо. В астрономії одиницею для порівняння мас небесних тіл служить маса Сонця.

[ред.] Види маси

Строго кажучи, існує дві різні величини, які мають спільну назву «маса»:

  • Інертна маса характеризує здатність тіла чинити опір зміні стану його руху під дією сили. За умови, що сила однакова, об'єкт з меншою масою легше змінює стан руху ніж об'єкт з більшою масою. Інертна маса фігурує у другому законі Ньютона.
  • Гравітаційна маса характеризує інтенсивність взаємодії тіла з гравітаційним полем. Вона фігурує у Ньютонівському законі всесвітнього тяжіння.
    • Пасивна гравітаційна маса характеризує силу, з якою гравітаційне поле діє на тіло. В однакових гравітаційних полях на тіло з більшою масою діє більша сила, ніж на тіло з меншою масою.
    • Активна гравітаційна маса визначає величину гравітаційного поля, яке створюється тілом. Тіло з більшою масою створює сильніше гравітаційне поле, ніж тіло з меншою масою.

Хоча інертна маса, пасивна гравітаційна маса і активна гравітаційна маса є концептуально різними поняттями, всі відомі на сьогоднішній день експерименти свідчать, що всі три маси пропорційні між собою. Це дозволяє побудувати систему одиниць так, щоб одиниця вимірювання усіх трьох мас була б одна й та ж і всі вони були рівні між собою. Практично всі системи одиниць збудовані за цим принципом.

У загальній теорії відносності інертна та гравітаційна маси вважаються повністю еквівалентними. Еквівалентність інертної та пасивної гравітаційної мас носить назву «слабкий принцип еквівалентності». Еквівалентність інертної та активної гравітаційної мас називається «сильним принципом еквівалентності»

[ред.] Рівняння

Як міра інерційності тіла маса входить у другий закон Ньотона, записаний у вигляді

m\mathbf{a} = \mathbf{F} ,

де \mathbf{a} - прискорення, а \mathbf{F} - сила, що діє на тіло.

Відповідним чином маса входить також у квантові рівняння руху: рівняння Шредінгера, рівняння Дірака, тощо.

Як величина, що визначає гравітаційну взаємодію тіл, маса входить у формулювання закону всесвітнього тяжіння

\mathbf{F}_{12} = -G \frac{m_1 m_2}{r^3}\mathbf{r} ,

де G - гравітаційна стала, m1 і m2 - маси двох тіл, що взаємодіють між собою, \mathbf{F}_{12} - сила, яка діє з боку другого тіла на перше, \mathbf{r} - вектор віддалі між тілами. Таким чином, маса m2 визначає величину гравітаційного поля, створеного другим тілом, а маса m1 силу, з якою це поле діє на тіло. Обидві маси входять в закон всесвітнього тяжіння симетрично.

[ред.] Зв'язок із енергією

Маса фізичного тіла залежить від його швидкості. Маса тіла з нульовою швидкістю називається масою спокою.

m = \frac{m_0}{\sqrt{1 - \beta^2}} ,

де m0 - маса спокою, β = v / c, v - швидкість тіла, с - швидкість світла.

Жодне тіло не може збільшити свою швидкість таким чином, щоб вона перевищувала швидкість світла. При наближенні до швидкості світла маса тіла, а отже, його інерційність стають нескінченно великими.

Загалом маса тіла і його енергія зв'язані знаменитою Енштейнівською формулою

E = m c^2 \,

[ред.] Узагальнення поняття інерційної маси

При малих значеннях імпульсу вільної частинки, тобто такої, на яку не діють жодні сили, енергія частинки визначається формулою

E = \frac{p^2}{2m} ,

де p - імпульс частинки. Така залежність енергії від імпульса називається параболічним законом дисперсії.

В багатьох випадках залежність енергії складнішої фізичної системи від маси має аналогічний квадратичний вид. Наприклад, така залежність властива для закону дисперсії енергетичних зон у твердому тілі. Для таких систем можна ввести аналогічну масі величину, яку називють ефективною масою.


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.


[ред.] Див. також

[ред.] Джерела

  • Федорченко А.М. (1975). Теоретична механіка, Київ: Вища школа., 516 с.
Отримано з http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%81%D0%B0
Особисті інструменти