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.