Чем массивнее тело, тем труднее его сдвинуть с места, тем сильнее сопротивляется оно попыткам вывести его из состояния покоя. Эта способность тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения называется инерцией или инертностью. Если на тело действует сила, то оно меняет свое движение постепенно и тем медленнее, чем больше его масса. Таким образом, масса служит мерой инертности тела.
Bторой закон Ньютона (mа=F) показывает, что ускорение а, приобретаемое телом, пропорционально приложенной силе F. Чем больше сила, тем большее ускорение она сообщает телу. Одна и та же сила придает различным телам разные ускорения. Коэффициент пропорциональности m как раз и есть численное значение массы тела или, точнее говоря, его инертной массы.
Небольшой камень поднять легко, а громадный - просто невозможно Объяснение очевидное. Сила притяжения тела к Земле (Р=mg) тем больше, чем оно массивнее (ускорение свободного падения g для данного места Земли у всех тел одинаково). Следовательно, в этом явлении масса выступает как мера тяжести тела.
Естественно, возникает вопрос: одинаковы ли инертная и гравитационная массы? Ответ получил еще Галилей. В своем знаменитом классическом опыте он бросал вниз с вершины Пизанской башни различные тела. Если бы они падали с разными ускорениями, это означало бы, что инертная и тяжелая массы отличаются друг от друга. Галилей установил, что и ружейная пуля и пушечное ядро падают на землю одновременно. Это говорило о численном равенстве инертной и гравитационной масс (в настоящее время их равенство доказано экспериментально с точностью до 10-12).
Масса тел (от латинского massa - глыба, ком, кусок) - мера их инертностности и гравитационных свойств, это одна из важнейших характеристик материи.
Равенство инертной и тяжелой масс позволяет нам относительно легко находить массу тела непосредственным взвешиванием его на весах. А как же определить массу тела, которое не поместится ни на каких существующих весах? Как, например, взвесить землю? Оказывается, и это можно сделать. Причем весьма точно, с помощью косвенных способов. Зная массу Земли, можно вычислить массу всех других планет Солнечной системы и самого Солнца (третий закон Кеплера связывает массы планет, их расстояния до Солнца и периоды обращения).
Точные аналитические весы позволяют взвешивать небольшие количества вещества с точностью до миллионных долей грамма. Оптический микроскоп дает возможность изучать объекты, масса которых приближается к миллиардным долям грамма. Предел чувствительности электронного микроскопа еще выше - до 10-17 г. Одна из методик определения массы при помощи микроскопа заключается в том, что взвешивается некоторый объем изучаемых объектов, а затем подсчитывается число их в поле зрения микроскопа, то есть в известном объеме. После чего несложными вычислениями получают искомое значение массы объекта.
Как известно, один из фундаментальных законов теории относительности связывает массу m и энергию вещества Е соотношением Е = mс2, где с - скорость света. Это позволяет вычислить массу, эквивалентную любому количеству энергии. Скажем, для 1 кВт*ч она оказывается равной 4*10-8 г - столько "весит" киловатт-час энергии.
На рисунке изображена "иерархия" масс объектов, встречающихся природе и технике. За единицу измерения грамм - масса одного кубического сантиметра чистой воды при температуре ее наибольшей плотности (40 С). Шкала логарифмическая (два соседних деления отличаются по величине в 10 раз). Это позволяет изобразить на одном листе бумаги все многообразие значений масс объектов, встречающихся в природе и технике: от самого легкого - нейтрино (3-9)*10-32 г до всей Вселенной, предполагаемая масса которой 1056 г.
Все приведенные на рисунке значения это так называемые массы покоя. Ведь масса тела практически не меняется лишь до тех пор, пока оно движется с небольшой скоростью. При движении со скоростями сравнимыми со скоростью света, в силу вступает известное соотношение теории относительности, из которого следует, что чем скорость движения больше, тем тело становится тяжелее.