Ֆիզիկական տերմինների ըմբռնումը և մեծությունների սահմանումների իմացությունը կարևոր դեր է խաղում տարբեր օրենքների ուսումնասիրության և ֆիզիկայի խնդիրների լուծման գործում: Հիմնարար հասկացություններից մեկը մարմնի զանգված հասկացությունն է: Եկեք մանրամասն նայենք հարցին՝ ի՞նչ է մարմնի քաշը։
Պատմություն
Հաշվի առնելով ֆիզիկայի ժամանակակից տեսակետը՝ կարելի է վստահորեն ասել, որ մարմնի զանգվածը հատկանիշ է, որն արտահայտվում է շարժման, իրական առարկաների փոխազդեցության, ինչպես նաև ատոմային և միջուկային փոխակերպումների ժամանակ։ Այնուամենայնիվ, զանգվածի այս ըմբռնումը ձևավորվել է բոլորովին վերջերս, բառացիորեն 20-րդ դարի առաջին տասնամյակներում, Էյնշտեյնի կողմից ստեղծված հարաբերականության տեսության շնորհիվ:
Վերադառնալով պատմության մեջ՝ մենք հիշում ենք, որ Հին Հունաստանի որոշ փիլիսոփաներ կարծում էին, որ շարժում գոյություն չունի, ուստի չկար մարմնի զանգված հասկացություն: Այնուամենայնիվ, կար մարմնի քաշի հասկացություն. Դա անելու համար բավական է հիշել Արքիմեդի օրենքը. Քաշը կապված է մարմնի քաշի հետ։ Այնուամենայնիվ, դրանք նույն արժեքը չեն:
BԺամանակակից դարաշրջանում Դեկարտի, Գալիլեոյի և հատկապես Նյուտոնի ստեղծագործությունների շնորհիվ ձևավորվեցին երկու տարբեր զանգվածների հասկացությունները՝
- իներցիոն;
- գրավիտացիոն.
Ինչպես պարզվեց ավելի ուշ, մարմնի զանգվածի երկու տեսակներն էլ նույն արժեքն են, որն իր բնույթով բնորոշ է մեզ շրջապատող բոլոր առարկաներին։
Իներցիալ
Խոսելով իներցիոն զանգվածի մասին՝ շատ ֆիզիկոսներ սկսում են բանաձև տալ Նյուտոնի երկրորդ օրենքի համար, որտեղ ուժը, մարմնի զանգվածը և արագացումը կապված են մեկ հավասարության մեջ: Այնուամենայնիվ, կա ավելի հիմնարար արտահայտություն, որից Նյուտոնն ինքն է ձևակերպել իր օրենքը. Խոսքը շարժման քանակի մասին է։
Ֆիզիկայի մեջ իմպուլսը հասկացվում է որպես արժեք, որը հավասար է m մարմնի զանգվածի արտադրյալին և նրա շարժման արագությանը v տարածության մեջ, այսինքն՝
p=mv
Ցանկացած մարմնի համար p և v արժեքները բնութագրիչի վեկտորային փոփոխականներ են: m արժեքը դիտարկվող մարմնի համար որոշ գործակցի հաստատուն է, որը միացնում է p-ն և v-ն: Որքան մեծ է այս գործակիցը, այնքան մեծ կլինի p-ի արժեքը հաստատուն արագությամբ և այնքան դժվար կլինի դադարեցնել շարժումը: Այսինքն՝ մարմնի զանգվածը նրա իներցիոն հատկությունների հատկանիշն է։
Օգտագործելով p-ի գրավոր արտահայտությունը՝ Նյուտոնը ստացավ իր հայտնի օրենքը, որը մաթեմատիկորեն նկարագրում է իմպուլսի փոփոխությունը։ Այն սովորաբար արտահայտվում է հետևյալ ձևով՝
F=ma
Այստեղ F-ն այն ուժն է, որն ազդում է m զանգված ունեցող մարմնի վրա և նրան տալիս է արագացում a: Ինչպես մեջՆախորդ արտահայտության մեջ m զանգվածը երկու վեկտորային բնութագրերի միջև համաչափության գործակիցն է: Որքան մեծ է մարմնի զանգվածը, այնքան ավելի դժվար է նրա արագությունը (ա-ից փոքր) փոխելը F հաստատուն գործող ուժի օգնությամբ։
Ձգողականություն
Պատմության ընթացքում մարդկությունը հետևել է երկնքին, աստղերին և մոլորակներին: 17-րդ դարում բազմաթիվ դիտարկումների արդյունքում Իսահակ Նյուտոնը ձևակերպեց իր համընդհանուր ձգողության օրենքը։ Համաձայն այս օրենքի՝ երկու զանգվածային առարկաներ ձգվում են միմյանց նկատմամբ M1 և M2 երկու հաստատունների համամասնությամբ և հակադարձ համեմատականով քառակուսու R հեռավորությունը նրանց միջև, այսինքն՝
F=GM1 M2 / R2
Այստեղ G-ը գրավիտացիոն հաստատունն է: M1 և M2 հաստատունները կոչվում են փոխազդող օբյեկտների գրավիտացիոն զանգվածներ:
Այսպիսով, մարմնի գրավիտացիոն զանգվածը իրական առարկաների միջև ձգողականության ուժի չափումն է, որը ոչ մի կապ չունի իներցիոն զանգվածի հետ:
Մարմնի քաշ և զանգված
Եթե վերը նշված արտահայտությունը կիրառվում է մեր մոլորակի վրա ձգողականության ուժի նկատմամբ, ապա կարելի է գրել հետևյալ բանաձևը՝
F=mg, որտեղ g=GM / R2
Այստեղ M և R համապատասխանաբար մեր մոլորակի զանգվածն ու շառավիղն են: g-ի արժեքը յուրաքանչյուր դպրոցականին ծանոթ ազատ անկման արագացումն է: m տառը նշանակում է մարմնի գրավիտացիոն զանգվածը։ Այս բանաձևը թույլ է տալիս հաշվարկել Երկրի կողմից մ զանգված ունեցող մարմնի ձգողական ուժը։
Համաձայն Նյուտոնի երրորդ օրենքի՝ F ուժը պետք է լինիհավասար է N հենարանի ռեակցիային, որի վրա հենվում է մարմինը։ Այս հավասարությունը թույլ է տալիս ներմուծել նոր ֆիզիկական մեծություն՝ քաշը։ Քաշը այն ուժն է, որով մարմինը ձգում է կախոցը կամ սեղմում որոշակի հենարանի վրա։
Շատերը, ովքեր ծանոթ չեն ֆիզիկային, չեն տարբերում քաշ և զանգված հասկացությունները: Միաժամանակ դրանք բոլորովին տարբեր արժեքներ են։ Չափվում են տարբեր միավորներով (զանգվածը՝ կիլոգրամով, քաշը՝ նյուտոններով)։ Բացի այդ, քաշը ոչ թե մարմնի հատկանիշն է, այլ զանգվածը։ Այնուամենայնիվ, դուք կարող եք հաշվարկել մարմնի զանգվածը m՝ իմանալով նրա քաշը P: Դա արվում է հետևյալ բանաձևով.
m=P / g
Զանգվածը մեկ հատկանիշ է
Վերևում նշվեց, որ մարմնի զանգվածը կարող է լինել գրավիտացիոն և իներցիոն: Զարգացնելով իր հարաբերականության տեսությունը՝ Ալբերտ Էյնշտեյնը ելնում է այն ենթադրությունից, որ զանգվածի նշանավոր տեսակները ներկայացնում են նյութի նույն հատկանիշը։
Մինչ այժմ տարբեր իրավիճակներում իրականացվել են երկու տեսակի մարմնի զանգվածների բազմաթիվ չափումներ։ Այս բոլոր չափումները հանգեցրին այն եզրակացության, որ գրավիտացիոն և իներցիոն զանգվածները համընկնում են միմյանց հետ՝ դրանք որոշելու համար օգտագործվող գործիքների ճշգրտությամբ։
Անցյալ դարի կեսերին միջուկային էներգիայի արագ զարգացումը խորացրեց զանգված հասկացության ըմբռնումը, որը, պարզվեց, կապված է էներգիայի հետ լույսի արագության հաստատման միջոցով։ Մարմնի էներգիան և զանգվածը նյութի առանձին էության դրսևորումն է։
