Масса

Масса в физикеМасса — это скалярная величина, характеризующая инерционные и гравитационные свойства физического тела. Масса является и мерой полной энергии, которой обладает физическое тело.


Масса инерционная.


Какие свойства тела важны при рассмотрении его отклика на механическое воздействие (силу) со стороны других тел? Экспериментально выяснено, что цвет, запах, и многие другие свойства не являются существенными с точки зрения механики свойствами тела. Есть еще одно свойство тел, характеризующее его «неподатливость» — русское слово, или инерцию — латинское слово. Говорят, что тела обладают разной инертностью. Количественной мерой инертности тел служит физическая величина — инерционная масса тела. Чем в меньшей степени изменяется состояние движения тела при действии на него определенной силы в течение заданного времени, тем больше у этого тела инерционная масса. Самым существенным свойством тела с точки зрения механики является, таким образом, инерционная масса тела.


Масса гравитационная.


Свойство тела притягиваться к другому телу (к Земле в частности) количественно характеризуется его гравитационной массой. Гравитационные массы тел на Земле можно опосредованно сравнивать с помощью весов. На самом деле с помощью весов можно сравнивать силы притяжения к Земле разных тел.


Эквивалентность масс.


Экспериментально установлено, что инерционные и гравитационные свойства тел, выраженные количественно, всегда пропорциональны друг другу (если скорости движения тел значительно меньше скорости света в вакууме). Можно договориться использовать одно и то же название и одно и то же количественное выражение для инерционной и гравитационной массы. Философский вопрос о разных массах решается в общей теории относительности А. Эйнштейна. При решении разных задач мы не будем уточнять, какую именно массу мы подразумеваем, и будем говорить просто: «масса тела». Экспериментально установлено, что масса — аддитивная величина. То есть при образовании составного тела из частей с массами m1 и m2 масса объединенного тела равна сумме масс частей тела. Заметные отклонения от этого правила имеют место в микромире при образовании, например, ядер.

Масса и полная энергия.


Масса тела, как выяснилось, проявляется не только в свойстве инерции и в способности участвовать в гравитационных взаимодействиях тел, но также служит мерой полной энергии тела. Связь между массой тела, когда оно покоится в данной инерциальной системе отсчета (массой покоя), и его полной энергией установлена А. Эйнштейном ( ). Здесь С — это скорость света в вакууме.

Для тела, движущегося поступательно со скоростью V в некоторой инерциальной системе отсчета, его полная энергия равна.


Здесь m — это масса того же тела, измеренная в той системе отсчета, где это тело покоится = "масса покоя". Чтобы однозначно охарактеризовать параметром "масса" физическое тело, например, какую-либо из элементарных частиц, нужно указывать именно "массу покоя".

Не все физические объекты имеют "массу покоя", например частицы света — фотоны — не могут остановиться и всегда (во всех ИСО) движутся со скоростью света.

Импульс тела (при поступательном движении) связан со скоростью его движения нелинейно (смотри раздел "Импульс"), инерционные свойства тела в разных направлениях по отношению к вектору скорости тела отличаются. Например, при скорости движения тела близкой к скорости света одинаковые по величине силы, действующие на тело в разных направлениях, сообщают телу разные по величине ускорения, амплитуда вектора ускорения зависит от направления действия силы по отношению к направлению скорости движения тела. В связи с этим при скоростях движения тел сравнимых со скоростью света не представляется возможным пользоваться формулировкой 2 закона Ньютона в виде:

Это следует из того, что нельзя для любых по направлению сил указать один и тот же коэффициент пропорциональности между вектором силы и вектором ускорения. В некоторых учебниках физики говорится о зависимости массы от скорости движения, но не анализируются последствия этой зависимости для написанного выше классического выражения 2 закона Ньютона. Если бы такой анализ был проведен, то авторы этих учебников, возможно, исправили бы свои тексты. Вопрос этот давний и не решаемый, так как проблема не в физике, а в головах авторов учебников.

Дефект масс.


При образовании любых устойчивых объектов-объединений из нескольких частиц (объектов, которые до объединения существовали по отдельности и имели суммарную энергию Е0) обязательно выделяется (сбрасывается) некоторая энергия в виде излучения (движущегося со скоростью света) или в виде каких-то частиц, которые движутся медленнее, чем свет. Части возникшего объединенного оъекта создают друг для друга энергетические потенциальные ямы, выбраться из которых эти части могут только в том случае, если получат извне энергию в количестве не меньшем, чем определенная величина. Эта величина носит название "энергия связи". Указанное обстоятельство и обеспечивает устойчивость возникшего объединения, так как суммарная энергия Е1 объединенных (конденсированных) частей при таком объединении меньше, чем исходная энергия Е0 частиц-объектов, существовавших порознь. Если суммарный импульс частиц-объектов до объединения и после объединения равен нулю, то величина (Е0 — Е1)/С2 называется дефектом масс.