маса

Маса, фізична величина, одна з основних характеристик матерії, яка визначає її інерційні і гравітаційні властивості. Відповідно розрізняють Масу інертну і Масу гравітаційну (важку, що тяжіє).

Поняття Маса було введено в механіку І. Ньютоном. В класичній механіці Ньютона Маса входить у визначення імпульсу (кількості руху) тіла: імпульс р пропорційний швидкості руху тіла v, p = mv (1). Коефіцієнт пропорційності - постійна для даного тіла величина m - і є Маса тіла. Еквівалентну визначення Маси виходить з рівняння руху класичної механіки f = ma (2). Тут Маса - коефіцієнт пропорційності між діючою на тіло силою f і викликається нею прискоренням тіла a. Певна співвідношеннями (1) і (2) Маса називається інерціальній масою, або інертною масою; вона характеризує динамічні властивості тіла, є мірою інерції тіла: при постійній силі чим більше Маса тіла, тим менше прискорення воно набуває, т. е. тим повільніше змінюється стан його руху (тим більше його інерція).

Діючи на різні тіла однієї і тієї ж силою і вимірюючи їх прискорення, можна визначити відносини Маса цих тел: m1: m2: m3 ... = а1: А2: а3 ...; якщо одну з Мас прийняти за одиницю виміру, можна знайти Масу інших тіл.

У теорії гравітації Ньютона Маса виступає в іншій формі - як джерело поля тяжіння. Кожне тіло створює поле тяжіння, пропорційне Массі тіла (і відчуває вплив поля тяжіння, створюваного іншими тілами, сила якого також пропорційна Массі тел). Це поле викликає притягання будь-якого іншого тіла до даного тіла з силою, яка визначається законом тяжіння Ньютона:

(3)

де r - відстань між тілами, G - універсальна гравітаційна стала, a m1 і m2 - Маси притягають тіл. З формули (3) легко отримати формулу для ваги Р тіла маси m в полі тяжіння Землі: Р = mg (4).

Тут g = G * M / r2 - прискорення вільного падіння в гравітаційному полі Землі, а r »R - радіусу Землі. Маса, яка визначається співвідношеннями (3) і (4), називається гравітаційною масою тіла.

В принципі нізвідки не випливає, що Маса, що створює поле тяжіння, визначає і інерцію того ж тіла. Однак досвід показав, що інертна Маса і гравітаційна Маса пропорційні один одному (а при звичайному виборі одиниць виміру чисельно рівні). Цей фундаментальний закон природи називається принципом еквівалентності. Його відкриття пов'язане з ім'ям Г. Галілея, який встановив, що всі тіла на Землі падають з однаковим прискоренням. А. Ейнштейн поклав цей принцип (їм вперше сформульований) в основу загальної теорії відносності. Експериментально принцип еквівалентності встановлений з дуже великою точністю. Вперше (1890-1906) прецизійна перевірка рівності інертною і гравітаційної мас була проведена Л.Етвешем, який знайшов, що Маси збігаються з помилкою ~ 10-8. У 1959-64 роках американські фізики Р.Дікке, Р.Кротков і П.Ролл зменшили помилку до 10-11, а в 1971 році радянські фізики В.Б.Брагінскій і В.І.Панов - до 10-12.

Принцип еквівалентності дозволяє найприродніше визначати Масу тіла зважуванням.

Спочатку Маса розглядалася (наприклад, Ньютоном) як міра кількості речовини. Таке визначення має ясний сенс тільки для порівняння однорідних тіл, побудованих з одного матеріалу. Воно підкреслює адитивність Маси - Маса тіла дорівнює сумі Маси його частин. Маса однорідного тіла пропорційна його об'єму, тому можна ввести поняття щільності - Маси одиниці об'єму тіла.

У класичній фізиці вважалося, що Маса тіла не змінюється ні в яких процесах. Цьому відповідав закон збереження Маси (речовини), відкритий М.В.Ломоносовим і А.Л.Лавуазье. Зокрема, цей закон стверджував, що в будь-який хімічної реакції сума Мас вихідних компонентів дорівнює сумі Мас кінцевих компонентів.

Поняття Маса набуло більш глибокий сенс в механіці спеціальної теорії відносності А. Ейнштейна, що розглядає рух тіл (або часток) з дуже великими швидкостями - порівнянними зі швидкістю світла з ~ 3 1010см / сек. У новій механіці - вона називається релятивістської механікою - зв'язок між імпульсом і швидкістю частки дається співвідношенням:

(5)

При малих швидкостях (v << c) це співвідношення переходить в Ньютоново співвідношення р = mv. Тому величину m0 називають масою спокою, а Масу рухається частинки m визначають як залежний від швидкості коефіцієнт пропорційності між p і v:

(6)

Маючи на увазі, зокрема, цю формулу, кажуть, що Маса частинки (тіла) зростає зі збільшенням її швидкості. Таке релятивістське зростання Маси частки в міру підвищення її швидкості необхідно враховувати при конструюванні прискорювачів заряджених частинок високих енергій. Маса спокою m0 (маса в системі відліку, пов'язаної з часткою) є найважливішою внутрішньою характеристикою частки. Всі елементарні частинки мають строго визначеними значеннями m0, властивими даному сорту часток.

Слід зазначити, що в релятивістській механіці визначення Маси з рівняння руху (2) не еквівалентно визначенню Маси як коефіцієнта пропорційності між імпульсом і швидкістю частки, так як прискорення перестає бути паралельним викликала його силі і Маса виходить залежить від напрямку швидкості частинки.

Відповідно до теорії відносності, Маса частинки m пов'язана з її енергією Е співвідношенням:

(7)

Маса спокою визначає внутрішню енергію частинки - так звану енергію спокою Е0 = m0с2. Таким чином, з Массою завжди пов'язана енергія (і навпаки). Тому не існує окремо (як в класичній фізиці) закону збереження Маси і закону збереження енергії - вони злиті в єдиний закон збереження повної (т. Е. Що включає енергію спокою частинок) енергії. Наближене розділення на закон збереження енергії і закон збереження Маси можливо лише в класичній фізиці, коли швидкості частинок малі (v << c) і не відбуваються процеси перетворення часток.

У релятивістській механіці Маса не є адитивною характеристикою тіла. Коли дві частинки з'єднуються, утворюючи одне складне стійкий стан, то при цьому виділяється надлишок енергії (рівний енергії зв'язку) D Е, який відповідає Массі D m = D E / с2. Тому Маса складовою частинки менше суми Мас утворюють його частинок на величину D E / с2 (так званий дефект мас). Цей ефект проявляється особливо сильно в ядерних реакціях. Наприклад, Маса дейтрона (d) менше суми Мас протона (p) і нейтрона (n); дефект Мас D m пов'язаний з енергією Е g гамма-кванта (g), що народжується при утворенні дейтрона: р + n -> d + g, E g = D mc2. Дефект Маси, що виникає при утворенні складовою частинки, відображає органічний зв'язок Маси і енергії.

Одиницею Маси в СГС системі одиниць служить грам, а в Міжнародній системі одиниць СІ - кілограм. Маса атомів і молекул зазвичай вимірюється в атомних одиницях маси. Маса елементарних частинок прийнято виражати або в одиницях Маси електрона me, або в енергетичних одиницях, вказуючи енергію спокою відповідної частки. Так, Маса електрона складає 0,511 МеВ, Маса протона - 1836,1 me, або 938,2 МеВ і т. Д.

Природа Маси - одна з найважливіших невирішених завдань сучасної фізики. Прийнято вважати, що Маса елементарної частинки визначається полями, які з нею пов'язані (електромагнітним, ядерним і іншими). Однак кількісна теорія Маси ще не створена. Не існує також теорії, що пояснює, чому Маса елементарних частинок утворюють дискретний спектр значень, і тим більше що дозволяє визначити цей спектр.

У астрофізиці Маса тіла, що створює гравітаційне поле, визначає так званий гравітаційний радіус тіла Rгр = 2GM / c2. Внаслідок гравітаційного тяжіння ніяке випромінювання, в тому числі світлове, не може вийти назовні, за поверхню тіла з радіусом R = <Rгр. Зірки таких розмірів будуть невидимі; тому їх назвали "чорними дірами". Такі небесні тіла повинні відігравати важливу роль у Всесвіті.

абсолютна температура , акр , англійські заходи , ангстрем , Ансирь , аптекарський вага , Ар , аршин , астрономічна одиниця , атмосфера , атмосфера фізична , атмосфера технічна , Атто , бар , Барн , барель , безмін , бруківці , мільярд , Діжка , Британська теплова одиниця , пляшка , бушель , Бюро мір і ваг міжнародне , відро , верста , вершок , вага , вагове пенні , позасистемні одиниці , вити , галон , гамма , Гарнець , гектар , гекто , Генеральні конференції з мір та ваг , Гіга , гирі , Градус жорсткості води , Градус Цельсія , грам , Гран , гривня , гугол , гуфа , тиск , дека , десятина , деци , Децілліон , дециметр , Діна , дирхем , довжина , частинні одиниці , частка , драхма , драхма , драхма , драхма , дюйм , Одиниці фізичних величин , Природні системи одиниць , запис чисел , Златник , золотник , Ікс-одиниця , кабельтов , кадь , калорія , карат , квадрат , квадрильйон , Кварта , квартер , квінтильйон , Кельвін , кіло , кілограм , Кілограм-сила , кілометр , КП , Кіп , Кіпа , класи точності , Контарь , копиця , кратні одиниці , Кухоль , ласт , лінія , лист , літр , Локоть , лот , маса , Мега , Міжнародна практична температурна шкала , Міжнародна система одиниць , Міжнародне бюро мір і ваг , Міжнародні метрологічні організації , Міжнародний комітет мір і ваг , заходи , міри місткості , міри довжини , метр , метр , метрична конвенція , Метрична система заходів , метрологія , метрологія історична , мішок , мікро , мікрон , Міллі , мільярд , Мілліарій , Мілліарій , мільйонна частка , міліграм , міліметр , Міліметр водяного стовпа , Міліметр ртутного стовпа , миллимикрон , мільйон , миля , Міріана , міскаль , МКГСС система одиниць , МКС система одиниць , МКСА система одиниць , МКСК система одиниць , МТС система одиниць , нано , Нонілліон , ньютон , обжа , округлення чисел , Октілліон , осьміна , парсек , Паскаль , пеннівейт , Пета , Піко , Пінта , Правила утворення кратних і часткових одиниць , Проба благородних металів , відсоток , Процентмілле , пуд , пункт , п'ядь , Реомюра шкала , сажень , Санті , сантиметр , світловий рік , СГС система одиниць , секстильйонів , Септілліон , Сіріометр , система одиниць , скрупул , Соха , текст , температура , температурні шкали , Тера , Терм , терція , тонна , Крапка , трильйон , унція , унція , унція , унція , Фаренгейта шкала , фемто , Фермі , фунт , фунт , фут , фут , хандретвейт , Цельсія шкала , Центай , центнер , цицеро , чарка , четверик , чверть , чверть , чверть , чверть , чверть , Шкала температури абсолютна термодинамічна , Шкала температури Реомюра , Шкала температури Ренкина , Шкала температури стоградусна , Шкала температури Фаренгейта , шкалик , штоф , екса , електронвольт , еталони , Ярд