Учебники
Журнал «Квант»
Общие
А так ли хорошо знакома вам масса? // Квант. — 1990. — № 8. — С. 40-41.
По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала «Квант»
Врожденная сила материи.
всегда пропорциональна массе
и если отличается от инерции массы,
то разве только воззрением на нее.
И. Ньютон
Содержание
В приведенном определении Ньютона, введшего в механику понятие массы, речь идет, по существу, о свойстве инертности. И самый общий способ измерения массы тел — по их инертности. Однако в физических экспериментах и на практике массу чаще измеряют с помощью весов.
Инертность и весомость в классической физике — разные понятия, тем не менее со времен Галилея и Ньютона установлено, что отвечает за них одна и та же характеристика — масса. Этот замечательный факт — равенство инертной и гравитационной масс — позднее лег в основу общей теории относительности — современной теории структуры «пространства — времени».
В этом выпуске «Калейдоскопа» мы постараемся, пусть на простых примерах, выяснить, как проявляет себя «двуликая» масса.
Вопросы и задачи
Микроопыт
На лист бумаги поставьте у края стола стакан с водой. Резко выдерните лист в горизонтальном направлении. Что произойдет? Почему?
Любопытно, что…
. физическая природа массы до сих пор не выяснена и количественной теории массы еще не создано.
. долгое время считалось, что нейтрино — безмассовая частица. Однако тончайшие эксперименты последних лет дают основания полагать, что масса нейтрино отлична от нуля.
. полковник Краус фон Циллергут, у которого бравый солдат Швейк украл пинчера, имел весьма смутное представление об инерции. «Когда весь бензин вышел,— говорил полковник,— автомобиль принужден был остановиться. И после этого еще болтают об инерции, господа. Ну, не смешно ли?»
. современные масс-спектрометры измеряют массы атомных ядер с погрешностью порядка одной десятимиллионной атомной единицы.
. для накопления, хранения и последующего выделения энергии все чаще используются так называемые инерционные аккумуляторы, или, попросту, маховики.
Что читать о массе в «Кванте»
Ответы
Микроопыт
Стакан останется на столе. Сила трения, действующая на него со стороны бумаги, недостаточна, чтобы сообщить ему заметное ускорение.
Почему нагруженный автомобиль на булыжной мостовой движется более плавно чем такой же автомобиль без груза
Человек вследствие инерции продолжает двигаться в ту сторону, куда плыла лодка.
На поезд действуют две уравновешивающиеся силы. Поэтому согласно закону инерции поезд будет сохранять свою скорость неизменной, будет двигаться равномерно и прямолинейно.
Порыв ветра вследствие инертности маховика не может быстро увеличить частоту его вращения; при резком снижении скорости ветра по той же причине не происходит резкого падения частоты вращения вала. Таким образом, маховик регулирует частоту вращения вала ветроколеса.
Поскольку масса вороха возросла, то должна быть увеличена и сила воздушного потока во столько же раз, чтобы качество очистки не изменилось.
Сперва действующие на тело силы были уравновешены. Затем тело приобретает постоянное ускорение, значит, на него действует некоторая постоянная сила. По достижении определенной скорости силы снова уравновешиваются, и движение тела вновь становится равномерным.
Сила удара мяча зависит от времени, в течение которого скорость его падает до нуля. Это время определяется длиной пути, на котором происходит уменьшение скорости. Если, коснувшись мяча, двигать руку по направлению его полета равнозамедленно, то можно ослабить силу удара.
При падении на твердую почву и на рыхлую песчаную насыпь замедление тела человека различно, так как уменьшение скорости до нуля происходит на различном пути. При падении на твердую почву замедляющая сила велика и может вызвать увечье падающего.
а) Равноускоренно; б) ускоренно.
«Я стал рядом с огромнейшей пушкой. и когда из пушки вылетело ядро, я вскочил на него верхом и лихо понесся вперед. Мимо меня пролетало встречное ядро. Я пересел на него и, как ни в чем не бывало, помчался обратно». Почему такое путешествие на ядре невозможно?
При пересадке с ядра на ядро рассказчик испытал бы большое изменение скорости за очень малый промежуток времени, т. е. огромное ускорение. Организм человека не был бы в состоянии перенести перегрузки, вызываемые такими изменениями скорости, о которых упоминается в рассказе.
Большее ускорение получит тот вагон, масса которого меньше. Следовательно, он раньше остановится.
Увеличение массы поезда уменьшает ускорения, сообщаемые поезду толчками тепловоза, и делает ход поезда более спокойным.
Увеличение массы автомобиля уменьшает ускорения, сообщаемые ему толчками камней булыжной мостовой.
Плотность газов в пламени меньше, чем плотность окружающего его воздуха. Поэтому под действием одной и той же силы пламя получает большее ускорение, чем холодный воздух, и наклоняется вперед.
Из условия равновесия малого объема жидкости в движущемся с ускорением сосуде следует, что линии равного давления наклонены под углом к горизонту. Угол не зависит от плотности жидкости. Поэтому толщина слоя воды над ртутью всюду одинакова, и наклон поверхности ртути не изменится.
Одна из причин состоит в том, чтобы при изменениях скорости танкера нефть не скоплялась па носовой части или на корме.