درک اصطلاحات فیزیکی و دانستن تعاریف کمیت ها نقش مهمی در مطالعه قوانین مختلف و حل مسائل فیزیک دارد. یکی از مفاهیم اساسی مفهوم توده بدن است. بیایید نگاهی دقیق تر به این سوال بیندازیم: وزن بدن چیست؟
تاریخ
با در نظر گرفتن دیدگاه مدرن فیزیک، به جرات می توان گفت که جرم یک جسم مشخصه ای است که در حین حرکت، در هنگام تعامل بین اجسام واقعی و همچنین در هنگام تبدیلات اتمی و هسته ای خود را نشان می دهد. با این حال، این درک از جرم اخیرا شکل گرفت، به معنای واقعی کلمه در دهه های اول قرن بیستم، به لطف نظریه نسبیت ایجاد شده توسط انیشتین.
با بازگشت بیشتر به تاریخ، به یاد می آوریم که برخی از فیلسوفان یونان باستان معتقد بودند که حرکت وجود ندارد، بنابراین مفهومی از توده بدن وجود ندارد. با این وجود، مفهوم وزن بدن وجود داشت. برای این کار کافی است قانون ارشمیدس را یادآوری کنیم. وزن با وزن بدن مرتبط است. با این حال، آنها یک مقدار نیستند.
Bدر دوران مدرن، به لطف آثار دکارت، گالیله و به ویژه نیوتن، مفاهیم دو توده مختلف شکل گرفت:
- اینرسی؛
- گرانشی.
همانطور که بعداً مشخص شد، هر دو نوع توده بدن دارای یک ارزش هستند که طبیعتاً مشخصه همه اشیاء اطراف ما است.
اینرسی
صحبت از جرم اینرسی، بسیاری از فیزیکدانان شروع به ارائه فرمولی برای قانون دوم نیوتن کرده اند که در آن نیرو، جرم بدن و شتاب در یک برابر به هم متصل هستند. با این حال، تعبیر اساسی تری وجود دارد که خود نیوتن قانون خود را از آن فرموله کرد. این در مورد میزان حرکت است.
در فیزیک، تکانه به عنوان مقداری برابر با حاصل ضرب جرم بدن m و سرعت حرکت آن در فضای v درک می شود، یعنی:
p=mv
برای هر جسمی، مقادیر p و v متغیرهای برداری مشخصه هستند. مقدار m مقداری ثابت ضریب برای جسم در نظر گرفته شده است که p و v را به هم متصل می کند. هرچه این ضریب بیشتر باشد، مقدار p در سرعت ثابت بیشتر خواهد بود و توقف حرکت دشوارتر می شود. به این معنا که جرم یک جسم از ویژگی های اینرسی آن است.
با استفاده از عبارت نوشتاری p، نیوتن قانون معروف خود را به دست آورد که تغییر در تکانه را به صورت ریاضی توصیف می کند. معمولاً به شکل زیر بیان می شود:
F=ma
در اینجا F نیرویی است که بر جسمی با جرم m وارد می شود و به آن شتاب a می دهد. همانطور که دردر عبارت قبلی، جرم m ضریب تناسب بین دو مشخصه برداری است. هر چه جرم بدن بیشتر باشد، تغییر سرعت آن (کمتر از a) با کمک یک نیروی ثابت F دشوارتر است.
جاذبه
در طول تاریخ، بشر از آسمان، ستارگان و سیارات پیروی کرده است. در نتیجه مشاهدات متعدد در قرن هفدهم، اسحاق نیوتن قانون گرانش جهانی خود را تدوین کرد. بر اساس این قانون، دو جسم پرجرم به نسبت دو ثابت M1 و M2 به یکدیگر جذب می شوند و با مربع نسبت معکوس دارند. فاصله R بین آنها، یعنی:
F=GM1 M2 / R2
در اینجا G ثابت گرانشی است. ثابت های M1 و M2 جرم گرانشی اجرام برهم کنش نامیده می شوند.
بنابراین، جرم گرانشی یک جسم معیاری از نیروی جاذبه بین اجسام واقعی است که ربطی به جرم اینرسی ندارد.
وزن و جرم بدن
اگر عبارت بالا برای نیروی گرانش در سیاره ما اعمال شود، فرمول زیر را می توان نوشت:
F=mg، جایی که g=GM / R2
در اینجا M و R به ترتیب جرم سیاره ما و شعاع آن هستند. مقدار g شتاب سقوط آزاد است که برای هر دانش آموزی آشناست. حرف m بیانگر جرم گرانشی بدن است. این فرمول به شما امکان می دهد نیروی جاذبه زمین را برای جسمی با جرم متر محاسبه کنید.
طبق قانون سوم نیوتن، نیروی F باید باشدبرابر است با واکنش تکیه گاه N که بدن روی آن قرار دارد. این برابری به ما امکان می دهد کمیت فیزیکی جدید - وزن را معرفی کنیم. وزن نیرویی است که بدن با آن تعلیق را کشیده یا روی تکیه گاه خاصی فشار می آورد.
بسیاری از افرادی که با فیزیک آشنایی ندارند، بین مفاهیم وزن و جرم تفاوت قائل نمی شوند. در عین حال، آنها ارزش های کاملاً متفاوتی هستند. آنها در واحدهای مختلف (جرم بر حسب کیلوگرم، وزن بر حسب نیوتن) اندازه گیری می شوند. علاوه بر این، وزن از ویژگی های بدن نیست، اما جرم است. با این وجود، می‌توانید جرم یک جسم m را با دانستن وزن آن P محاسبه کنید. این کار با استفاده از فرمول زیر انجام می‌شود:
m=P / g
جرم یک مشخصه واحد است
در بالا ذکر شد که جرم یک جسم می تواند گرانشی و اینرسی باشد. آلبرت انیشتین در بسط نظریه نسبیت خود از این فرض استفاده کرد که انواع جرم مشخص شده همان ویژگی ماده را نشان می دهند.
تا کنون، اندازه گیری های متعددی از هر دو نوع توده بدن در موقعیت های مختلف انجام شده است. همه این اندازه‌گیری‌ها به این نتیجه رسیدند که جرم‌های گرانشی و اینرسی با دقت ابزاری که برای تعیین آنها استفاده می‌شوند، با یکدیگر منطبق هستند.
توسعه سریع انرژی هسته ای در اواسط قرن گذشته درک مفهوم جرم را عمیق تر کرد، که معلوم شد از طریق ثابت سرعت نور با انرژی مرتبط است. انرژی و جرم یک جسم تجلی ذات واحدی از ماده است.
