Что такое масса? Масса – это физическая величина, характеризующая инертность тела. Масса Чем больше масса тела, тем оно более инертно

Масса является мерой инертности. Чем больше масса тела, тем оно более инертно, то есть обладает большей инертностью. Закон инерции гласит, что если на тело не действуют другие тела, то оно остается в покое или совершает прямолинейное равномерное движение.

Когда тела взаимодействуют, например, сталкиваются, то покой или прямолинейное равномерное движение нарушаются. Тело может начать ускоряться или наоборот тормозить. Скорость, которую приобретет (или теряет) тело после взаимодействия с другим телом, кроме прочего зависит от соотношения масс взаимодействующих тел.

Так если катящийся мяч столкнется на своем пути с кирпичом, то он не просто остановится, а скорее всего изменит свое направление движения, отскочит. Кирпич же скорее всего останется на месте, может быть упадет. Но если на пути движения мяча будет картонная коробка, по размерам равная кирпичу, то мяч уже не отскочит от нее с той же скоростью, что от кирпича. Мяч может вообще протащить ее впереди себя, продолжив движение, но замедлив его.

Мяч, кирпич и коробка имеют разные массы. Кирпич обладает большей массой, а, следовательно, он более инертный, поэтому мяч почти не может изменить его скорость. Скорее кирпич меняет скорость мяча на противоположную. Коробка менее инертна, поэтому ее проще сдвинуть, а сама она не может изменить скорость меча так, как это сделал кирпич.

Классический пример сравнения масс двух тел с помощью оценки их инертности таков. Две покоящиеся тележки скрепляют между собой, согнув и связав упругие пластины, припаянные к их концам. Далее пережигают связывающую нить. Пластины распрямляются, отталкиваясь друг от друга. Таким образом тележки тоже отталкиваются друг от друга и разъезжаются в противоположные стороны.

При этом существуют следующие закономерности. Если тележки имеют равные массы, то они приобретут равные скорости и до полного торможения отъедут от исходной точки на равные расстояния. Если тележки имеют разные массы, то более массивная (а значит более инертная) отъедет на меньшее расстояние, а менее массивная (менее инертная) отъедет на большее расстояние.

Причем существует связь масс и скоростей взаимодействующих тел, находящихся изначально в состоянии покоя. Произведение массы и приобретенной скорости одного тела равно произведению массы и приобретенной скорости другого тела после взаимодействия. Математически это можно выразить так:

m 1 v 1 = m 2 v 2

Эта формула говорит о том, что чем больше масса тела, тем меньше его скорость, и чем меньше масса, тем больше скорость тела . Масса и скорость одного тела находятся в обратно пропорциональной зависимости друг от друга (чем больше одна величина, тем меньше другая).

Обычно формулу записывают так (ее можно получить, преобразовав первую формулу):

m 1 /m 2 = v 2 /v 1

То есть отношение масс тел обратно пропорционально отношению их скоростей .

Используя данную закономерность можно сравнивать массы тел, измеряя приобретенные ими скорости после взаимодействия. Если, например, покоящиеся тела после взаимодействия приобрели скорости 2 м/с и 4 м/с, и известна масса второго тела (пусть будет 0,4 кг), то можно узнать массу первого тела: m1 = (v 2 /v 1) * m 2 = 4 / 2 * 0,4 = 0,8 (кг).

Проблема «нормальной» массы тела представляется достаточно актуальной для многих людей. Правда, при этом возникают серьезные затруднения в определении самого понятия.

Чаще всего люди оценивают свой вес либо по существующим «нормам», рассчитанным на «среднего», среднестатистического человека (табл. 1), либо сравнивают себя с кем-либо из окружающих. Однако и тот и другой подходы к определению нормальной массы тела совершенно неприемлемы.

Дело в том, что «среднего» человека вообще не существует в природе, и каждый из нас отличается своими особенностями, в частности генотипическими (включая тип телосложения, характер обмена веществ и пр.), состоянием и уровнем здоровья и т.д. Например, при одинаковой длине тела нормальная масса у астеника может диагностироваться для гиперстеника как «дефицит массы тела», а нормальная масса для гиперстеника будет для астеника проявлением ожирения различной степени. Следовательно, «нормальный вес» у каждого человека должен быть свой. Главным же критерием его должны быть хорошие самочувствие и состояние здоровья, достаточная переносимость физических нагрузок, а также высокий уровень работоспособности и социальной адаптации.

Так что же такое «нормальная масса тела»?

Основными составляющими нашего тела являются кости, активная масса и пассивная масса — преимущественно жир. Под «активной массой тела» подразумевают суммарную массу костей, мышц, внутренних органов, кожи (без подкожной жировой клет
чатки). Следует отметить, что кости являются чрезвычайно легкими частями нашего тела, а массу нашего тела преимущественно определяют жир и мышцы.

Мышечная ткань, которая составляет подавляющую долю «активной массы тела», сжигает калории даже когда человек находится в покое. А вот жир не нуждается в энергии — он не выполняет никаких физических функций. Это не означает, что он не имеет никакого физиологического значения: Как уже отмечалось (см. раздел 6.1.), он выполняет многочисленные важные функции. Содержание жира в организме для обеспечения этих функций и в дикой природе, и у наших предков вплоть до относительно недавнего времени регулировалось естественным путем — соотношением между «приходом» и «расходом». Если человек двигался мало, то определенная часть энергии потребленной пищи переходила в жир, человеку двигаться становилось труднее, поэтому и добыча пищи была затруднена. Следовательно, ему приходилось ограничиваться в еде до тех пор, пока его масса тела не нормализовывалась, его работоспособность восстанавливалась, и он мог опять добывать себе пищу. У современного же человека, который любит вкусно и обильно поесть (да и бегать за пищей не надо!), а двигается мало, запасы жира часто оказываются крайне избыточными. Накопления жира сопровождаются многочисленными неблагоприятными для здоровья последствиями, среди которых:

• нарушения обмена веществ, следствиями которых являются: атеросклероз, сахарный диабет, заболевания суставов, печени, варикозные заболевания вен;
• нарушения деятельности сердца , обусловленные крайне значительной нагрузкой на него;
• затруднения деятельности внутренних органов из-за отложения жира непосредственно на них;
• жир в организме является «отстойником шлаков и т.д.

Исключением является состояние крайнего истощения, когда у человека начинает уменьшаться и объем активной массы.

К сказанному следует добавить внешнюю эстетическую малопривлекательность страдающего ожирением человека.

Почему же возникает ожирение?

Сначала разберемся в самом механизме образования избытков жира в организме. Оказывается, жировые клетки исключительно консервативны и, раз возникнув, исчезают уже с огромным трудом. Принципиально важно, что важнейшими возрастными периодами, когда образуются жировые клетки, являются внутриутробный (т.е. во время развития самого плода) и первые три года после рождения ребенка. К сожалению, в обыденной жизни именно в эти возрастные периоды все делается для того, чтобы в организме еще плода и ребенка образовалось как можно больше жировых клеток — и беременную, и малыша пытаются накормить как можно плотнее. В течение последующих периодов возрастного развития благодаря усиленному росту избыток сформировавшихся жировых клеток не бросается в глаза, но когда рост останавливается (у девушек это происходит около 20 — 22 лет, у молодых людей в 22 — 25), или человек заметно снижает свою двигательную активность, или вмешиваются определенные гормональные факторы (как это бывает в возрасте полового созревания у девушек) — эти клетки начинают многократно увеличиваться в размерах. Это и есть ожирение. Его называют первичны м, так как оно связано с нарушением соотношения приход/расход с преобладанием первой части этого соотношения: человек ест много, а энергии расходует мало.

С возрастом, когда течение обменных процессов замедляется, пристрастие к еде не уменьшается, а двигательная активность прогрессивно снижается, соотношение все больше и больше склоняется в сторону преобладания прихода. В этом случае происходит жировое перерождение мышечной ткани, когда мышечные волокна замещаются жировой тканью. Это не означает, что возрастное повышение массы тела закономерно — по мнению акад. Н.М. Амосова, и в 60 — 70 лет у ведущего здоровый активный образ жизни человека она должна быть такой же, как в 25 — 30 лет.

Описанные последствия переедания и малоподвижности грозят не всем, так как у разных людей тип энергетики отличается, что обусловлено (у здоровых людей) преимущественно генетическими факторами и образом жизни матери в период беременности. Так, у худых энергетический обмен в единицу времени идет более активно, поэтому, например, у здорового человека такой конституции после плотной еды он возрастает практически вдвое, а у тучного — еле заметно. На действие холода полные люди не отвечают таким же повышением энергетических затрат, как худые. Следовательно, при прочих равных условиях из потребленной пищи тучный человек усваивает энергии больше, чем ему это необходимо для поддержания жизнедеятельности и выполнения повседневных дел.

В зависимости от выраженности избыточной жировой массы ожирение классифицируют следующим образом. При превышении массы тела в пределах 9% говорят об избыточной массе тела. Как I степень ожирения рассматривают превышение массы в пределах 10-29%, II степень 30-49%, III 50-99% и, наконец, IV 100 и более процентов избыточной массы тела.

Перевести в кг следующие значения: 20 г = 200 г = 250 мг = 28,3 мг = 75,6 г = 150 т = Единицы измерения массы в системе СИ: = 1 кг. Единицы измерения массы: 1 т = 1000 кг; 1 г = 0, 001 кг; 1 мг = 0, кг 1 ц = 100 кг

Ответы: 20 г = 0,02 кг 200 г = 0,2 кг 250 мг = 0,00025 кг 28,3 мг = 0, кг 75,6 г =0,0756 кг 150 т = кг

На практике массу тела можно узнать с помощью весов. Весы бывают различного типа: учебные, медицинские, аналитические, аптекарские, электронные и др. Весы бывают рычажные и пружинные. Рассмотрим несколько примеров. Весы напольные технические Весы для измерения сил поверхностного натяжения Весы одночашечные рычажные Весы пружинные малые Весы медицинские Лабораторные аналитические весы

1. Перед взвешиванием необходимо убедиться, что весы уравновешены. 2. Взвешиваемое тело кладут на левую чашу весов, а гири – на правую. 3. Во избежание порчи весов тело и гири опускать осторожно. 4. Нельзя взвешивать тела более тяжелые, чем указанная на весах предельная нагрузка. 5. На чашки весов нельзя класть мокрые, грязные, горячие тела, насыпать порошки, наливать жидкости. 6. Мелкие гири нужно брать только пинцетом. 7. После взвешивания переносят гири с чашки весов в футляр и проверяют, все ли гири положены на место.

В жизни мы очень часто говорим: «вес 5 килограмм», «весит 200 грамм» и так далее. И при этом не знаем, что допускаем ошибку, говоря так. Понятие веса тела изучают все в курсе физики в седьмом классе, однако ошибочное использование некоторых определений смешалось у нас настолько, что мы забываем изученное и считаем, что вес тела и масса это одно и то же.

Однако это не так. Более того, масса тела величина неизменная, а вот вес тела может меняться, уменьшаясь вплоть до нуля. Так в чем же ошибка и как говорить правильно? Попытаемся разобраться.

Вес тела и масса тела: формула подсчета

Масса это мера инертности тела, это то, каким образом тело реагирует на приложенное к нему воздействие, либо же само воздействует на другие тела. А вес тела это сила, с которой тело действует на горизонтальную опору или вертикальный подвес под влиянием притяжения Земли.

Масса измеряется в килограммах, а вес тела, как и любая другая сила в ньютонах. Вес тела имеет направление, как и любая сила, и является величиной векторной. А масса не имеет никакого направления и является величиной скалярной.

Стрелочка, которой обозначается вес тела на рисунках и графиках, всегда направлена вниз, так же, как и сила тяжести.

Формула веса тела в физике записывается следующим образом:

где m - масса тела

g - ускорение свободного падения = 9,81 м/с^2

Но, несмотря на совпадение с формулой и направлением силы тяжести, есть серьезное различие между силой тяжести и весом тела. Сила тяжести приложена к телу, то есть, грубо говоря, это она давит на тело, а вес тела приложен к опоре или подвесу, то есть, здесь уже тело давит на подвес или опору.

Но природа существования силы тяжести и веса тела одинакова притяжение Земли. Собственно говоря, вес тела является следствием приложенной к телу силы тяжести. И, так же как и сила тяжести, вес тела уменьшается с увеличением высоты.

Вес тела в невесомости

В состоянии невесомости вес тела равен нулю. Тело не будет давить на опору или растягивать подвес и весить ничего не будет. Однако, будет по-прежнему обладать массой, так как, чтобы придать телу какую-либо скорость, надо будет приложить определенное усилие, тем большее, чем больше масса тела.

В условиях же другой планеты масса также останется неизменной, а вес тела увеличится или уменьшится, в зависимости от силы притяжения планеты. Массу тела мы измеряем весами, в килограммах, а чтобы измерить вес тела, который измеряется в ньютонах, можно применить динамометр специальное устройство для измерения силы.

Мы ощущаем это так, будто нас «вдавливает» в пол, или так, будто мы «зависаем» в воздухе. Лучше всего это можно ощутить при езде на американских горках или в лифтах высотных зданий, которые резко начинают подъём и спуск.

Пример:

Примеры увеличения веса:

Когда лифт резко начинает движение вверх, находящиеся в лифте люди испытывают ощущение, будто их «вдавливает» в пол.

Когда лифт резко уменьшает скорость движения вниз, тогда находящиеся в лифте люди из-за инерции сильнее «вжимаются» ногами в пол лифта.

Когда на американских горках проезжают через нижнюю точку горок, находящиеся в тележке люди испытывают ощущение, будто их «вдавливает» в сиденье.

Пример:

Примеры уменьшения веса:

При быстрой езде на велосипеде по небольшим пригоркам велосипедист на вершине пригорка испытывает ощущение лёгкости.

Когда лифт резко начинает движение вниз, находящиеся в лифте люди ощущают, что уменьшается их давление на пол, возникает ощущение свободного падения.

Когда на американских горках проезжают через высшую точку горок, находящиеся в тележке люди испытывают ощущение, будто их «подбрасывает» в воздух.

Когда на качелях раскачиваются до наивысшей точки, ощущается, что на короткий момент тело «зависает» в воздухе.

Изменение веса связано с инерцией - стремлением тела сохранять своё начальное состояние. Поэтому изменение веса всегда противоположно ускорению движения. Когда ускорение движения направлено вверх, вес тела увеличивается. А если ускорение движения направлено вниз, вес тела уменьшается.

На рисунке синими стрелками изображено направление ускорения движения.

1) Если лифт неподвижен или равномерно движется, то ускорение равно нулю. В этом случае вес человека нормальный, он равен силе тяжести и определяется так: P = m ⋅ g .

2) Если лифт движется ускоренно вверх или уменьшает свою скорость при движении вниз, то ускорение направлено вверх. В этом случае вес человека увеличивается и определяется так: P = m ⋅ g + a .

3) Если лифт движется ускоренно вниз или уменьшает свою скорость при движении вверх, то ускорение направлено вниз. В этом случае вес человека уменьшается и определяется так: P = m ⋅ g − a .

4) Если человек находится в объекте, который свободно падает, то ускорение движения направлено вниз и одинаково с ускорением свободного падения: \(a = g\) .

В этом случае вес человека равен нулю: P = 0 .

Пример:

Дано: масса человека - \(80 кг\). Человек входит в лифт, чтобы подняться наверх. Ускорение движения лифта составляет \(7\) м с 2 .

Каждый этап движения вместе с показаниями измерений приведён на рисунках ниже.

1) Лифт стоит на месте, и вес человека составляет: P = m ⋅ g = 80 ⋅ 9,8 = 784 Н.

2) Лифт начинает двигаться наверх с ускорением \(7\) м с 2 , и вес человека увеличивается: P = m ⋅ g + a = 80 ⋅ 9,8 + 7 = 1334 Н.

3) Лифт набрал скорость и едет равномерно, при этом вес человека составляет: P = m ⋅ g = 80 ⋅ 9,8 = 784 Н.

4) Лифт при движении вверх тормозит с отрицательным ускорением (замедлением) \(7\) м с 2 , и вес человека уменьшается: P = m ⋅ g − a = 80 ⋅ 9,8 − 7 = 224 Н.

5) Лифт полностью остановился, вес человека составляет: P = m ⋅ g = 80 ⋅ 9,8 = 784 Н.

В дополнение к картинкам и к примерам задания можно посмотреть видео с экспериментом, проведённым школьниками, в котором показано, как изменяется вес тела человека в лифте. Во время эксперимента школьники используют весы, в которых вес вместо килограммов сразу указывается в \(ньютонах, Н\). http://www.youtube.com/watch?v=D-GzuZjawNI .

Пример:

Состояние невесомости встречается в ситуациях, когда человек располагается в объекте, который находится в свободном падении. Есть специальные самолёты, которые предназначены для создания состояния невесомости. Они поднимаются на определённую высоту, и после этого самолёт переводится в свободное падение в течение примерно \(30 секунд\). Во время свободного падения самолёта находящиеся в нём люди ощущают состояние невесомости. Такую ситуацию можно посмотреть на этом видео.