Масса в физике и механике

Масса — одна из важнейших физических величин. Первоначально она характеризовала «количество вещества» в физическом объекте, от которого по представлениям того времени, зависели как способность объекта сопротивляться приложенной силе (инертность), так и гравитационные свойства.В современной физике под массой понимают два различных свойства физического объекта: Инертная масса, которая характеризует меру инертности тел и фигурирует во втором законе Ньютона. Если одна и та же сила (кроме гравитации) одинаково ускоряет разные тела, этим телам приписывают одинаковую массу. Масса тела не зависит от того, какие силы и в какой момент на него действуют. Гравитационная масса, которая определяет, с какой силой тело взаимодействует с внешними гравитационными полями (пассивная гравитационная масса) и какое гравитационное поле создаёт само это тело (активная гравитационная масса).

Гравитационная масса — характеристика материальной точки при анализе классической механики, которая полагается причиной гравитационного взаимодействия тел, в отличие от инертной массы, которая определяет динамические свойства тел. Согласно опытам Г. Галилея по наблюдению свободного падения тел, все тела, независимо от их массы, падают с одинаковым ускорением. Это означает, что увеличение силы, действующей на более массивное тело со стороны гравитационного поля Земли, полностью компенсируется увеличением его инертных свойств. Следовательно, гравитационная масса равна (строго говоря, пропорциональна) инертной массе, что приводит к представлению о единой массе, которая и входит в закон всемирного тяготения.

Инертная масса есть мера инерции объекта, она характеризует сопротивление изменению состояния движения, когда к телу приложена внешняя сила. Чем меньше инертная масса объекта, тем быстрее изменяется его скорость. Понятие (инертной) массы в специальной теории относительности является источником некоторых терминологических разногласий. Подавляющее большинство физиков называет массой характеристику тела, которая не зависит от движения тела. Эта масса есть константа; она является как бы эквивалентом количества вещества, содержащегося в теле, а потому не зависит от скорости. Иногда, для того, чтобы подчеркнуть постоянность массы в этом определении, для неё используют термин инвариантная масса. Некоторые исследователи предпочитают использовать релятивистскую массу, которая растёт с увеличением скорости и её приближении к скорости света. Инвариантную массу они называют массой покоя.

Как установлено экспериментально, эти две массы (гравитационная и инертная) пропорциональны друг другу. Не было обнаружено никаких отклонений от этого закона, поэтому коэффициент пропорциональности обычно выбирают равным единице и говорят о равенстве инертной и гравитационной масс. Равенство инертной и гравитационной масс составляет содержание слабого принципа эквивалентности — составной части Эйнштейновского принципа эквивалентности, который является одним из основных положений общей теории относительности. На равенство инертной и гравитационной масс обратил внимание ещё Ньютон, он же впервые проверил этот закон с точностью порядка 10⁻³. С другой стороны, можно сказать, что первая проверка принципа эквивалентности была выполнена ещё Галилеем, который открыл универсальность свободного падения — как стало понятно позже, независимость ускорения свободного падения от материала, из которого состоит тело, является следствием равенства инертной и гравитационной масс. На сегодняшний день слабый принцип эквивалентности экспериментально проверен с очень высокой степенью точности (3×10⁻¹³).

ü Если одна и та же сила (кроме гравитации) одинаково ускоряет разные тела, этим телам приписывают одинаковую массу.

ü Масса тела не зависит от того, какие силы и в какой момент на него действуют.

Понятие массы было введено в физику Ньютоном, до этого естествоиспытатели оперировали с понятием веса. В труде «Математические начала натуральной философии» Ньютон сначала определил «количество материи» в физическом теле как произведение его плотности на объём. Далее он указал, что в том же смысле будет использовать термин "масса ". Наконец, Ньютон вводит массу в законы физики: сначала во второй закон Ньютона (через количество движения), а затем — в закон тяготения, откуда сразу следует, что масса пропорциональна весу.Фактически Ньютон использует только два понимания массы: как меры инерции и источника тяготения. Толкование её как меры «количества материи» — не более чем наглядная иллюстрация, и оно подверглось критике ещё в XIX веке как нефизическое и бессодержательное.

Масса в классической механике есть величина аддитивная (масса системы равна сумме масс составляющих её тел) и инвариантная относительно смены системы отсчёта. Масса инвариантна и в релятивистской механике, хотя здесь под массой понимается масса покоя определённого тела — абсолютная величина 4-вектора его импульса, лоренц-инвариантная но неаддитивная величина. Введение так называемой релятивистской массы, зависящей от величины скорости тела в рассматриваемой системе отсчёта, использовалось в ранних работах по теории относительности. В настоящее время термины «релятивистская масса» и «масса покоя» считаются устаревшими.

Масса форм в природе

Масса – понятие, встречающееся повсюду в природе… Во-первых, это понятие можно охарактеризовать со стороны физики и механики, во-вторых, в архитектуре, в-третьих, в астрономии, в географии и т.д:

· Масса тела

· Масса сооружения

· Масса человека (ближе к термину «вес»)

· Масса звезды

· Масса людей

· Водная масса

· Воздушные массы