Tömeg és súly — mi a különbség? Definíciók, mérések és egységek
Tudja meg egyszerűen: tömeg vs súly — definíciók, mérések és egységek (kg, N, lb). Gyakorlati példák és magyarázat a Föld gravitációjának hatásáról.
A fizikai tudományokban a tömeg és a súly különböző fogalmak. Egy tárgy tömege a tárgyban lévő anyagmennyiséget méri. A tömeg a gravitációs mező által a tárgyra gyakorolt erő mértéke. Más szóval, a tömeg azt mutatja meg, hogy a gravitáció milyen erővel hat egy tárgyra. Ez azt jelenti, hogy egy tárgy tömege ott marad, ahol a Föld felszínén van, de ha az Egyenlítőtől az Északi-sark felé mozgatjuk, akkor a súlya 0,5%-kal nő a Föld gravitációs terének növekedése miatt.
A tömeget kilogrammban vagy fontban mérik. Egy liter víz tömege egy kilogramm. A tömeget newtonban, az erő szabványos mértékegységében mérik. Egy padra helyezett egykilogrammos tömeg közel tíz newton erővel nyomódik le a padra.
Mi a különbség a tömeg és a súly között?
Fontos tisztázni: a fenti bekezdésben szereplő fogalmak egyes helyeken keverednek. A helyes, fizikai értelem a következő:
- Tömeg (m): egy tárgy anyagmennyiségére vonatkozó belső, változatlan tulajdonság. A tömeg nem függ a tárgy helyétől (például a Földön vagy a Holdon ugyanannyi a tömeg), és skalár mennyiség.
- Súly (W): a tömegre ható gravitációs erő, azaz a tömeg és a helyi gravitációs gyorsulás szorzata: W = m · g. A súly vektormennyiség (irány: a gravitáció irányába mutat), és helyfüggő — például a Holdon kisebb, a Földön nagyobb, és a Földön belül is kissé változik a földrajzi hely és a tengerszint feletti magasság szerint.
Mértékegységek és gyakorlati példák
- SI-mértékegység a tömegre: kilogramm (kg). (A kilogramm az SI alapegysége a tömegnek.)
- A tömeg gyakran megadott más egységekben is, például a font (köznapi angolszász mértékegység); 1 font ≈ 0,45359237 kg.
- A súlyt newtonban (N) mérjük, mert az súly = erő. 1 N az a gyorsítóerő, amely 1 kg tömeget 1 m/s²-rel gyorsít. A gravitációs gyorsulás a Föld felszínén átlagosan g ≈ 9,81 m/s², így 1 kg tömeg súlya kb. 9,81 N.
- Átváltási példa: egy 1 kg tömeg súlya a Földön ≈ 9,81 N, ami közel ≈ 2,20462 font-erejű (lbf) erőnek felel meg, ha fontban (pound-force) számolunk. (Megjegyzés: a "font" szó önmagában lehet tömegegység vagy erőegység is a kontextustól függően; a pontos használat fontos.)
- Egy liter víz tömege közel 1 kg (pontosabb: 1 kg körül, a hőmérséklettől és tisztaságtól függően; a 4 °C-os desztillált víz sűrűsége közel 1 kg/l).
Hogyan mérjük őket?
- Mérleg (ellentétes egyensúly): összehasonlítja két tömeget, ezért alapvetően a tömeget méri függetlenül a helyi gravitációtól (ha mindkét oldalon ugyanaz a g hat).
- Rugós erőmérő (skála): a rugó megnyúlása alapján az erőt méri, tehát közvetlenül a súlyt adja meg (függ a gravitációtól).
- Inerciális mérés: speciális eszközökkel (inercia-mérő) a tömeget gravitációtól függetlenül is meg lehet határozni.
Miért változik a súly a Földön?
A helyi gravitációs mező értéke nem teljesen egyforma mindenütt. A Föld forgása és alakja (enyhén lapult a sarkoknál) miatt a ható gravitációs gyorsulás az Egyenlítőn és a sarkoknál eltér: az Egyenlítőn kisebb a mért g az effektív centrifugális hatás és a nagyobb távolság miatt a tömegközépponttól. Emiatt a súly a sarkok felé közelebb kb. 0,5%-kal nagyobb lehet, mint az Egyenlítőn, ahogy a bevezető is említi.
Összefoglalás
Röviden: a tömeg az anyagmennyiség, SI-egysége a kilogramm (kg), míg a súly a tömegre ható gravitációs erő, SI-egysége a newton (N), és számítható W = m · g képlettel. A tömeg helytől független, a súly helyfüggő.
A hintán lévő láncok a gyermek teljes súlyát megtartják. Ha valaki mögötte állna a hinta alján, és megpróbálná megállítani, akkor a tehetetlensége ellen hatna, amely a tömegből, nem pedig a súlyból ered.
Áttekintés
Valaminek a súlya a Föld felszínén mért érték. Sajnos egy tárgy súlyának leírására általánosan használt kifejezések tömegegységek, mint például a kilogramm vagy a font. Az emberiség történelme során szinte végig a súlyt a Föld felszínén mérték. Itt a tömeg arányos a tömeggel. Az azonos tömegű tárgyaknak azonos a súlyuk. Egy olyan tárgynak, amelynek kétszer akkora a tömege, mint egy másiknak, kétszer akkora a súlya is. Ennek következtében a két szót, a tömeget és a súlyt úgy használják, mintha ugyanazt jelentenék, és a kilogrammot vagy a fontot használják a tömeg és a súly egységeként. Az azonos kifejezések használata a két különböző tulajdonság leírására és mérésére a két tulajdonság, a tömeg és a tömeg közötti zavarhoz vezetett. A tömeg és a súly nem ugyanaz a dolog.
Általában a tömeg arra utal, hogy valami mennyire "nehéz". A tömeg azonban valójában egy inerciális tulajdonság, vagyis egy tárgy azon hajlama, hogy állandó sebességgel maradjon, hacsak nem hat rá külső erő. Newton második mozgástörvénye szerint, amelyet a képletben fejezünk ki, egy egy kilogramm m tömegű tárgy másodpercenként egy méter/másodperces sebességgel gyorsul fel (ez körülbelül a földi gravitáció okozta gyorsulás tizede), ha egy newton F erő hat rá.
Érezni a különbséget
A súly és a tömeg közötti különbséget úgy lehet megérezni, hogy egy több mint tíz kilogramm tömegű tárgyat két vagy több méter hosszú kötélre függesztünk. Ha egy személy az egyik ujjával felfelé nyomja a tárgy alját, érezni fogja a tárgy súlyát. Ha egy ujjal egy pillanatra a felfüggesztett tárgy oldalának nyomja, akkor a tárgy tömegét fogja érezni. (Fontos, hogy ne nyomják a tárgyat oldalirányban olyan messzire, hogy az elkezdjen felemelkedni).
Kérdések és válaszok
K: Mi a különbség a tömeg és a súly között?
V: A tömeg egy tárgyban lévő anyag mennyiségének a mérőszáma, míg a tömeg a gravitáció által egy tárgyra gyakorolt erő mérőszáma.
K: Mi a tömeg?
V: A súly az, hogy a gravitáció milyen erővel hat egy tárgyra.
K: Változik-e egy tárgy tömege, ha az Egyenlítőtől az Északi-sark felé mozgatjuk?
V: Nem, a tárgy tömege nem változik.
K: Változik-e egy tárgy súlya, ha az Egyenlítőtől az Északi-sark felé mozgatjuk?
V: Igen, egy tárgy tömege 0,5%-kal nőni fog a Föld gravitációs terének növekedése miatt.
K: Milyen mértékegységeket használnak a tömeg mérésére?
V: A tömeget kilogrammban vagy fontban mérik.
K: Mekkora egy egyliteres térfogatú víz tömege?
V: Egy liter víz tömege egy kilogramm.
K: Milyen mértékegységeket használunk a tömeg mérésére?
V: A súlyt newtonban mérik, ami az erő szabványos mértékegysége.
Keres