Маса - одна з найважливіших фізичних величин. Спочатку (XVII-XIX століття) вона характеризувала «кількість речовини» в фізичному об'єкті, від якого, за сучасними уявленнями того часу, залежали як здатність об'єкта пручатися прикладеній силі (інертність), так і гравітаційні властивості - вага. У сучасній фізиці поняття «кількість речовини» має інший зміст. а під масою розуміють два різних властивості фізичного об'єкта:
- Гравітаційна маса показує, з якою силою тіло взаємодіє з зовнішніми гравітаційними полями (пасивна гравітаційна маса) і яке гравітаційне поле створює саме це тіло (активна гравітаційна маса) - ця маса фігурує в законі всесвітнього тяжіння.
- Інертна маса, яка характеризує міру інертності тіл і фігурує в другому законі Ньютона. Якщо довільна сила в інерціальній системі відліку однаково прискорює різні тіла, цим тілам приписують однакову інертну масу.
Теоретично, гравітаційна та інертна маса рівні, тому в більшості випадків просто говорять про масу, не уточнюючи яку з них мають на увазі.
Маса тіла не залежить від того, які зовнішні сили і в який момент на це тіло діють.
Дослідження єдності поняття маси
Як встановлено експериментально, ці дві маси пропорційні один одному. Не було виявлено ніяких відхилень від цього закону, тому нових одиниць вимірювання для інерційної маси не вводять (використовують одиниці вимірювання гравітаційної маси) і коефіцієнт пропорційності вважають рівним одиниці, що дозволяє говорити і про рівність інертної і гравітаційної мас.
Можна сказати, що перша перевірка пропорційності двох видів маси була виконана Галілео Галілеєм. який відкрив універсальність вільного падіння. Згідно дослідам Галілея зі спостереження вільного падіння тіл, все тіла, незалежно від їх маси і матеріалу, падають з однаковим прискоренням вільного падіння. Зараз ці досліди можна трактувати так: збільшення сили. діючої на більш масивне тіло з боку гравітаційного поля Землі, повністю компенсується збільшенням його інертних властивостей. Отже, гравітаційна маса пропорційна інертною масі [1]
На рівність інертної і гравітаційної мас звернув увагу ще Ньютон. він же вперше довів, що вони відрізняються не більше ніж на 0,1% (інакше кажучи, рівні з точністю до 10 -3). На сьогоднішній день це рівність експериментально перевірено з дуже високим ступенем точності (3 × 10 -13).
Фактично, рівність гравітаційної та інертної мас було сформульовано А. Ейнштейном у вигляді слабкого принципу еквівалентності - складової частини принципів еквівалентності, покладених в основу загальної теорії відносності. Існує також сильний принцип еквівалентності - за яким в вільно падаючої системі локально виконується спеціальна теорія відносності. Він на сьогоднішній день перевірено зі значно меншою точністю.
У класичній механіці - маса є величина адитивна (маса системи дорівнює сумі мас складових її тел) і інваріантна щодо зміни системи відліку. У релятивістській механіці маса неаддитивну величина, але теж інваріантна, і хоча тут під масою розуміється абсолютна величина 4-вектора енергії-імпульсу, Лоренц-інваріантна.
Введення так званої релятивістської маси. залежної від величини швидкості тіла в даній системі відліку, використовувалося в ранніх роботах по теорії відносності. В даний час терміни «релятивістська маса» і «маса спокою» вважаються застарілими [2].
визначення маси
В СТО маса тіла m визначається з рівняння релятивістської динаміки [3]:
,
Певна вище маса є релятивістським інваріантом, тобто вона одна і та ж у всіх системах відліку. Якщо перейти в систему відліку, де тіло покоїться, то - маса визначається енергією спокою.
Однак слід зазначити, що частинки з нульовою інваріантної масою (фотон. Гравітон ...) рухаються у вакуумі зі швидкістю світла (c ≈ 300000 км / сек) і тому не мають системою відліку, в якій би спочивали.
Маса складових і нестабільних систем
Інваріантна маса елементарної частинки постійна, і однакова у всіх частинок даного типу і їх античастинок. Однак, маса масивних тіл, складених з декількох елементарних частинок (наприклад, ядра або атома) може залежати від їх внутрішнього стану.
Для системи, схильною до розпаду (наприклад, радіоактивного), величина енергії спокою визначена лише з точністю до постійної Планка. поділеній на час життя. . При описі такої системи за допомогою квантової механіки зручно вважати масу комплексної. з уявною частиною рівній зазначеного Δm.
одиниці маси
історичний нарис
Поняття маси було введено в фізику Ньютоном. до цього натуралісти оперували з поняттям ваги. У праці «Математичні початки натуральної філософії» Ньютон спочатку визначив «кількість матерії» в фізичному тілі як твір його щільності на обсяг. Далі він вказав, що в тому ж сенсі буде використовувати термін маса. Нарешті, Ньютон вводить масу в закони фізики: спочатку в другій закон Ньютона (через кількість руху), а потім - в закон тяжіння. звідки відразу випливає, що маса пропорційна вазі [4].
Фактично Ньютон використовує тільки два розуміння маси: як заходи інерції і джерела тяжіння. Тлумачення її як заходи «кількості матерії» - не більше ніж наочна ілюстрація, і воно зазнало критики ще в XIX столітті як нефізичних і беззмістовне.
Довгий час одним з головних законів природи вважався закон збереження маси. Однак в XX столітті з'ясувалося, що цей закон є обмеженим варіантом закону збереження енергії. і в багатьох ситуаціях не дотримується.
Примітки
література
Дивитися що таке "Пасивна маса" в інших словниках:
інертна маса - inercinė masė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. inertial mass vok. träge Masse, f rus. інертна маса, f; інерціальна маса, f; інерційна маса, f pranc. masse d'inertie, f; masse inerte, f ... Fizikos terminų žodynas
інертна маса - inercinė masė statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Kūno inercines savybes apibūdinanti masė. atitikmenys: angl. inert mass; inertial mass vok. Inertialmasse, f; träge Masse, f rus. інертна маса, f; інерціальна маса, f ... ... Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
інертна маса - inercinė masė statusas T sritis Energetika apibrėžtis Materialiųjų kūnų savybė sukurti inerciją. atitikmenys: angl. inertial mass vok. träge Masse, f rus. інертна маса, f pranc. masse inerte, f ... Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
Інертна маса - міра інерції (Див. Інерція) тіла; см. Маса ... Велика радянська енциклопедія
Інертна маса - (див. Інерція) фізична характеристика матеріальних тіл, що визначає їх динамічні властивості (то значення маси, яке використовується у виразі 2 го закону Ньютона); опір тіла зміни свого руху ... Почала сучасного природознавства
МАСА - - 1) в природничо-науковому сенсі кількість речовини, що міститься в тілі; опір тіла зміни свого руху (інерція) називають інертною масою; фізичної одиницею маси є інертна маса 1 см3 води, що становить 1 г (грам ... ... Філософська енциклопедія
МАСА - (символ М), міра кількості речовини в об'єкті. Вчені виділяють два типи мас: гравітаційна маса є мірою взаємного тяжіння між тілами (земне тяжіння), вираженою Ньютоном в законі всесвітнього тяжіння (див. ГРАВІТАЦІЯ); інертна ... Науково-технічний енциклопедичний словник
МАСА - (1) одна з основних фізичних характеристик матерії, що є мірою її інерційних (див.) І гравітаційних (див.) Властивостей. У класичній (див.) Маса дорівнює відношенню діючої на тіло сили F до придбаному їм прискорення а: m = F / а (див.). ... ... Велика політехнічна енциклопедія