Vad Är Formeln För Massa?

massa är en egenskap hos fysiska objekt och ett mått på hur resistent den kroppen är att accelerera. Man kan betrakta massan av ett objekt som ett mått på hur mycket fysiska ”saker” utgör det objektet.

till skillnad från relationsegenskaper som position, hastighet eller potentiell energi, som alltid måste definieras med avseende på ett annat objekt eller en referenspunkt, är massa en inneboende egenskap som ett objekt har oberoende av dess förhållande till andra saker., Massan av ett objekt kan beräknas på ett antal olika sätt:

annons

  • mass=densitet×volym (m=pV). Densitet är ett mått på massa per volymenhet, så massan av ett objekt kan bestämmas genom att multiplicera densitet i volym.
  • mass=force paracceleration (M=F / a). Enligt Newtons andra lag (f = ma) är accelerationen av ett objekt direkt proportionellt mot den kraft som appliceras på den. Följaktligen är mängden acceleration som åtföljer appliceringen av en konstant kraft omvänt proportionell mot massan.,
  • massa=tyngdgravitationsacceleration (M=W / g). Vikt är produkten av accelerationen av massan i ett gravitationsfält. Beroende på styrkan av gravitationsacceleration kommer vikten att vara annorlunda.

alla tre av dessa formler är ett sätt att bestämma massan av ett objekt. Eftersom massa är en grundläggande egenskap definieras den inte i termer av andra enheter, som joule (J) av newton (N) är. Det finns andra sätt att beräkna massan av ett objekt, men dessa tre formler är de vanligaste.,

m=PV

m=W/g

m=F/a

annons

massenheter

den Si-accepterade enheten för massa kilogrammet (Kg). Kilogrammet är den enda basen SI-enheten med ett prefix i sitt namn (kilo-). Ursprungligen definierades ett kilo som massan av en kubisk deciliter (dL) vatten vid dess smältpunkt. Från och med 1889 omdefinierades kilogrammet som massan av den internationella kilogramprototypen (IPK), en fysisk artefakt avsedd att vara den universella referensmassan för kilogrammet. Ursprungligen var IPK en vikt gjord av gjutjärn., För närvarande är den accepterade IPK en 39 mm lång cylinder av en speciell platinalegering.

”ord har också äkta substans – massa och vikt och specifik vikt.”- Tim O ’ Brien

från och med 2018 är kilogrammet den enda SI-enheten som har ett fysiskt objekt som referensvärde. Alla andra SI-enheter har omdefinierats i form av grundläggande fysiska konstanter, såsom ljusets hastighet eller Planckkonstanten., I November 2018 Röstade General Conference of Weight and Measures (GCPM) för att omdefiniera kilogrammet när det gäller grundläggande fysiska konstanter, en förändring som kommer att ta tag i Maj 20, 2019.

sätt att beräkna massa

från densitet och volym

en objekts densitet, som ibland representeras av den grekiska bokstaven ”ρ”, är ett mått på massa per volymenhet. I huvudsak berättar densitet hur tätt packade massan av ett objekt är. Ju tätare ett objekt är desto mer massa per volymenhet har den.,

till exempel har vatten en densitet på 977 kg / m3 vid standardtemperaturer och tryck. Det vill säga en kubikmeter vatten har en massa på 977 kg. Om vi känner till en ämnes densitet och volym kan vi också räkna ut massan av det ämnet. Säg att vi har en 0, 7m3 prov av vatten. Hur mycket massa har provet?

annons

lösning för massa ger oss:

m=PV

m=(0.7m3)(977kg/m3) = 683 kg

0,5 kubikmeter vatten vid standardtemperatur och tryck skulle ha en massa på 683 kg.,

vissa objekt är otroligt täta. En neutronstjärna har till exempel en genomsnittlig densitet på 1,1 x 1018 kg/m3. En enda tesked av en neutronstjärna skulle väga cirka 100 miljoner ton på jorden.

”massan blir orörlig; den kan inte manövrera och kan därför inte vinna segrar, den kan bara krossa av ren vikt.”- Hans Von Seeckt

från Kraft och Acceleration

massans egenskap förstås också som mått på ett fysiskt objekts motstånd mot att accelereras genom applicering av en yttre kraft., Detta koncept av massa kallas ibland tröghetsmassa. Tröghet är tendensen för en rörlig kropp att fortsätta i ett konstant tillstånd av rörelse, så tröghetsmassa är ett mått på hur mycket tröghet en kropp har och hur svårt det är att ändra sitt rörelsetillstånd. Förhållandet mellan massa, kraft och acceleration uttrycks av Newtons andra rörelselag F=ma. Detta matematiska förhållande berättar för oss att en mer massiv kropp kommer att accelerera långsammare mot bakgrund av en konstant kraft., Genom att mäta kraften som appliceras på en kropp och mäta den observerade accelerationen kan vi beräkna kroppens massa.

säg till exempel att vi applicerar en 748 n-kraft till en metallkub, och vi mäter accelerationen som 21m / s2. Vad är massan av metallkuben? Vi kan räkna beräkna massan genom att dividera kraftens storlek med accelerationsgraden så:

m=f/a

m=(748N)/(21m/s2) 35,62 kg

så vi vet att metallkuben måste ha en massa på 35,62 kg.

från Vikt

strängt taget är vikt och massa två olika saker., På engelska är de två orden ”vikt” och ”massa” synonymt, men de har olika betydelser i de fysiska vetenskaperna. Mass är en invariant egenskap som inte ändras från plats till plats. Vikt är ett mått på gravitationsfältet styrka som verkar på en massiv kropp. Eftersom gravitationsfältets styrka kan skilja sig, dvs månen har en svagare gravitationsfältsstyrka än jorden, kan ett objekts vikt skilja sig åt i olika miljöer.

förhållandet mellan massa och vikt ges av W = mg, Där G är accelerationsmåttet på grund av tyngdkraften., Det exakta värdet av g skiljer sig beroende på platsen. På jorden har g ett värde på cirka 9,81 m/s2 medan på månen är g ca 1,6 m / s2. Uttrycket W = mg ger vikt när det gäller Newtons, medan dagliga förståelser av vikt ges i pounds (lbs) omräkningskursen från newtons till pounds är ca 1 n=0.22 lb.

till exempel på jordens yta där G=9,81 m/s2 skulle ett 50 kg objekt ha en vikt i pounds av:

W=(50kg) (9,81 m/s2)=490.5 n

konvertera newtons till pounds ger oss:

490.5 N (.,22lbs / 1N) 108 pounds

omvänt, på månen där G har ett värde på 1,6 m/s2, skulle ett 50 kg objekt väga:

W=50(kg)(1,6 m/s2)(0,22 lbs/1N) 18 pounds

samma 50 kg objektvikter 108 lbs på jorden och 18 lbs på månen.

likaså, om vi vet vikten av ett objekt, vi kan arbeta bakåt för att räkna ut dess massa. Säg att ett föremål väger 160 pounds av jorden. vi kan beräkna objektets massa som:

180lbs(1N/0.22 lbs)=818.18 n

818.18 n=m(9.81 m/s2)

m=818.18 n/(9.81 m/s2) 83,4 kg

så en 180 lb kropp på jorden har en massa på ca 84,3 kg.,

Massenergiekvivalens

under mycket lång tid trodde forskare att ett objekts massa kunde anses vara helt oberoende av dess andra egenskaper. Men i början av 1900-talet visade Einsteins teori om speciell relativitet att massa och energi faktiskt är två olika namn för samma fysiska kvantitet. Specifikt är massan av ett objekt och dess totala energi relaterad av Einsteins berömda ekvation E=mc2, där C är ljusets hastighet i vakuum.,

E=mc2 berättar att den totala energin hos en icke-rörlig kropp är direkt proportionell mot dess massa med en faktor c2. Eftersom c=3,000,000 m/s är C2 en extremt stor faktor. Följaktligen innehåller även en liten massa en överväldigande mängd inneboende energi. För att sätta saken i perspektiv är den totala mängden energi från att helt omvandla 1 gram Materia till energi ungefär lika med 21,5 kilotoner TNT-styrkan hos Hiroshima atombomben.

”någon dåre kan veta. Poängen är att förstå.,”- Albert Einstein

i vissa fysiska processer, som kärnklyvning eller förflyttning av en kropp i en intensiv gravitationsfält, Materia omvandlas till energi och frigörs i form av stora mängder ljus och värme. Specifikt berättar Einsteins ekvation hur vi kan beräkna mängden energi som frigörs under sådana reaktioner.

säg att 30 kg uran (Ur) sätts i en kärnreaktor. Under fission omvandlas cirka 0,1% av denna massa helt till energi. Hur mycket energi produceras?

0, 1% av 30 kg är 0, 3 kg., Att ansluta detta till Einsteins ekvation ger oss:

e=(0.3 kg)(3,000,000)2=(0.3)(8.98755179 × 1016)=2.69626554 × 1016 J

helt konvertera bara 0,3 kg (0,6 lbs) av materia till energiutsläpp 2.69626554 × 1016 J av energi. Detta belopp är ungefär detsamma som att detonera över 6 miljoner ton TNT (12 miljarder pund), tillräckligt för att helt nivåera även de största städerna.

Vi kan också arbeta bakåt från en viss energimängd för att bestämma mängden massa som konverterades. Säga några fission reaktion släpper 1.6178 × 1016 joules av energi., Hur mycket massa omvandlades till energi under denna process? Med hjälp av vår praktiska dandy massenergi ekvivalens formel kan vi bestämma:

1.6178 × 1016 J = m (8.98755179 × 1016)

(1.6178 × 1016)/8.98755179 × 1016)=m

m 0,18 kg

så om 0,18 kg massa omvandlades till energi.

Varför har objekt massa?

det har bara varit nyligen att forskare har börjat låsa upp svaret på varför partiklar har massa alls. På 1960-talet märkte flera forskare några problem med sina ekvationer som beskriver beteendet hos grundläggande partiklar., Specifikt förutspådde deras ekvationer att vissa partiklar som genereras under höghastighetskollisioner inte skulle ha någon massa. Experimentell observation indikerade emellertid att dessa partiklar faktiskt hade en icke-nollmassa.

forskare teoretiserade att en bosons massa kunde genereras av interaktionen mellan dessa bosons och ett allomfattande fält som heter Higgs-fältet (för att hedra en av dess teoretiker Peter Higgs). När masslösa bosoner rör sig mot detta område sänks deras momentum, och de förlorar lite energi., Higgs-fältet omvandlar denna energi till massenergi, vilket manifesterar sig som fastighetsmassan som vi mäter. Denna interaktion mellan bosons och Higgs-fältet förutspåddes skapa en ny partikel, en liten boson som heter Higgs boson. Partikelacceleratorn på CERN demonstrerade slutligen Higgspartikelns existens 2013 och den 8 oktober 2013 tilldelades Peter Higgs och François Englert Nobelpriset i fysik för sitt teoretiska arbete med partikeln.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras. Obligatoriska fält är märkta *