Porozumenie fyzikálnym pojmom a znalosť definícií veličín hrá dôležitú úlohu pri štúdiu rôznych zákonov a pri riešení problémov vo fyzike. Jedným zo základných pojmov je pojem telesnej hmotnosti. Pozrime sa bližšie na otázku: čo je telesná hmotnosť?
História
S prihliadnutím na moderný pohľad na fyziku možno s istotou povedať, že hmotnosť telesa je charakteristika, ktorá sa prejavuje pri pohybe, pri interakcii medzi reálnymi objektmi, ako aj pri atómových a jadrových premenách. Toto chápanie hmoty sa však formovalo pomerne nedávno, doslova v prvých desaťročiach 20. storočia, vďaka teórii relativity, ktorú vytvoril Einstein.
Vráťme sa ďalej do histórie, pripomíname, že niektorí filozofi starovekého Grécka verili, že pohyb neexistuje, takže neexistovala žiadna koncepcia telesnej hmotnosti. Napriek tomu existoval koncept telesnej hmotnosti. Na to stačí pripomenúť zákon Archimedes. Hmotnosť súvisí s telesnou hmotnosťou. Nie sú však rovnaké.
BV modernej dobe sa vďaka dielam Descarta, Galilea a najmä Newtona sformovali pojmy dvoch rôznych hmôt:
- inertial;
- gravitačné.
Ako sa neskôr ukázalo, oba typy telesnej hmotnosti majú rovnakú hodnotu, ktorá je svojou povahou charakteristická pre všetky predmety okolo nás.
Inertial
Keď už hovoríme o zotrvačnej hmotnosti, mnohí fyzici začínajú dávať vzorec pre druhý Newtonov zákon, v ktorom sú sila, telesná hmotnosť a zrýchlenie spojené do jednej rovnosti. Existuje však zásadnejší výraz, z ktorého Newton sám formuloval svoj zákon. Ide o množstvo pohybu.
Vo fyzike sa hybnosť chápe ako hodnota rovnajúca sa súčinu hmotnosti tela m a rýchlosti jeho pohybu v priestore v, teda:
p=mv
Pre ľubovoľné telo sú hodnoty p a v vektorové premenné charakteristiky. Hodnota m je nejaká koeficientová konštanta pre uvažované teleso, ktorá spája p a v. Čím väčší je tento koeficient, tým väčšia bude hodnota p pri konštantnej rýchlosti a tým ťažšie je zastaviť pohyb. To znamená, že hmotnosť telesa je charakteristická pre jeho inerciálne vlastnosti.
Pomocou písaného výrazu pre p získal Newton svoj slávny zákon, ktorý matematicky popisuje zmenu hybnosti. Zvyčajne sa vyjadruje v tejto forme:
F=ma
F je sila, ktorá pôsobí na teleso s hmotnosťou m a dáva mu zrýchlenie a. Ako vv predchádzajúcom výraze je hmotnosť m faktorom úmernosti medzi dvoma vektorovými charakteristikami. Čím väčšia je hmotnosť telesa, tým ťažšie je zmeniť jeho rýchlosť (menej ako a) pomocou konštantnej pôsobiacej sily F.
Gravitácia
Počas histórie ľudstvo sledovalo oblohu, hviezdy a planéty. V dôsledku početných pozorovaní v 17. storočí sformuloval Isaac Newton svoj zákon univerzálnej gravitácie. Podľa tohto zákona sú dva masívne objekty priťahované k sebe v pomere k dvom konštantám M1 a M2 a nepriamo úmerné druhej mocnine vzdialenosť R medzi nimi, to je:
F=GM1 M2 / R2
G je gravitačná konštanta. Konštanty M1 a M2 sa nazývajú gravitačné hmotnosti interagujúcich objektov.
Gravitačná hmotnosť telesa je teda mierou sily príťažlivosti medzi skutočnými objektmi, ktorá nemá nič spoločné so zotrvačnou hmotnosťou.
Telesná hmotnosť a hmotnosť
Ak sa vyššie uvedený výraz vzťahuje na gravitačnú silu na našej planéte, potom možno napísať nasledujúci vzorec:
F=mg, kde g=GM / R2
Tu M a R predstavujú hmotnosť našej planéty a jej polomer. Hodnota g je zrýchlenie voľného pádu známe každému školákovi. Písmeno m označuje gravitačnú hmotnosť telesa. Tento vzorec vám umožňuje vypočítať silu priťahovania Zeme telesa s hmotnosťou m.
Podľa tretieho Newtonovho zákona sila F musí byťsa rovná reakcii podpery N, na ktorej teleso spočíva. Táto rovnosť nám umožňuje zaviesť novú fyzikálnu veličinu – hmotnosť. Hmotnosť je sila, ktorou telo napína záves alebo tlačí na určitú podperu.
Mnohí ľudia, ktorí nepoznajú fyziku, nerozlišujú medzi pojmami hmotnosť a hmotnosť. Zároveň sú to úplne iné hodnoty. Meria sa v rôznych jednotkách (hmotnosť v kilogramoch, hmotnosť v newtonoch). Navyše hmotnosť nie je vlastnosťou tela, ale hmotnosť áno. Napriek tomu môžete vypočítať hmotnosť telesa m, ak poznáte jeho hmotnosť P. Na to použijete nasledujúci vzorec:
m=P / g
Hmotnosť je jediná vlastnosť
Vyššie bolo uvedené, že hmotnosť telesa môže byť gravitačná a inerciálna. Albert Einstein pri vývoji svojej teórie relativity vychádzal z predpokladu, že označené typy hmoty predstavujú rovnakú charakteristiku hmoty.
Doteraz sa v rôznych situáciách vykonávalo množstvo meraní oboch typov telesnej hmotnosti. Všetky tieto merania viedli k záveru, že gravitačné a zotrvačné hmotnosti sa navzájom zhodujú s presnosťou prístrojov, ktoré boli použité na ich určenie.
Rýchly rozvoj jadrovej energie v polovici minulého storočia prehĺbil chápanie konceptu hmoty, ktorý, ako sa ukázalo, súvisí s energiou prostredníctvom rýchlostnej konštanty svetla. Energia a hmotnosť tela je prejavom nejakej jedinej podstaty hmoty.
