Din punctul de vedere al mecanicii clasice, masa unui corp nu depinde de mișcarea acestuia. Dacă masa unui corp în repaus este egală cu m 0, atunci pentru un corp în mișcare această masă va rămâne exact aceeași. Teoria relativității arată că acesta nu este de fapt cazul. Greutatea corporală T, deplasându-se cu viteză v, exprimată în termeni de masă în repaus, după cum urmează:
m = m 0 / √(1 - v 2 /c 2) (5)
Să observăm imediat că viteza care apare în formula (5) poate fi măsurată la orice sistem inerțial. În diferite sisteme inerțiale corpul are viteză diferită, în diferite sisteme inerțiale va avea și mase diferite.
Greutatea este aceeași valoare relativă precum viteza, timpul, distanta. Nu putem vorbi despre mărimea masei până când nu se fixează cadrul de referință în care studiem corpul.
Din ceea ce s-a spus, este clar că atunci când descriem un corp, nu se poate spune pur și simplu că masa lui este așa și cutare. De exemplu, propoziția „masa bilei este de 10 g” este complet nedefinită din punctul de vedere al teoriei relativității. Valoarea numerică a masei mingii nu ne spune nimic până nu este indicat sistemul inerțial în raport cu care se măsoară această masă. De obicei, masa unui corp este specificată într-un sistem inerțial asociat cu corpul însuși, adică masa de repaus este specificată.
În tabel Figura 6 arată dependența masei corporale de viteza acesteia. Se presupune că masa corpului în repaus este de 1 a. Viteze mai mici de 6000 km/sec nu sunt date în tabel, deoarece la astfel de viteze diferența dintre masă și masa în repaus este neglijabilă. La viteze mari, această diferență devine vizibilă. Cu cât viteza unui corp este mai mare, cu atât este mai mare masa acestuia. Deci, de exemplu, atunci când conduceți cu o viteză de 299.700 km/sec greutatea corporală crește de aproape 41 de ori. La viteze mari, chiar și o creștere ușoară a vitezei crește semnificativ greutatea corporală. Acest lucru este vizibil în special în fig. 41, unde este reprezentată grafic dependența masei de viteză.
Orez. 41. Dependența masei de viteză (masa în repaus a unui corp este de 1 g)
În mecanica clasică sunt studiate doar mișcările lente, pentru care masa unui corp diferă complet nesemnificativ de masa de repaus. Când se studiază mișcările lente, masa corporală poate fi considerată egală cu masa de repaus. Greșeala pe care o facem în acest caz este aproape invizibilă.
Dacă viteza unui corp se apropie de viteza luminii, atunci masa crește nelimitat sau, după cum se spune, masa corpului devine infinită. Doar într-un singur caz un corp poate dobândi o viteză egală cu viteza luminii.
Din formula (5) este clar că dacă corpul se mișcă cu viteza luminii, adică dacă v
= Cuși √(1 - v 2 /c 2), atunci și valoarea trebuie să fie egală cu zero m 0 .
Dacă nu ar fi așa, atunci formula (5) și-ar pierde orice semnificație, deoarece împărțirea unui număr finit la zero este o operație inacceptabilă. Un număr finit împărțit la zero este egal cu infinitul - un rezultat care nu are definit sens fizic. Cu toate acestea, putem înțelege expresia „zero împărțit la zero”. Rezultă că numai obiectele a căror masă în repaus este zero se pot mișca exact cu viteza luminii. Astfel de obiecte nu pot fi numite corpuri în sensul obișnuit.
Egalitatea masei de repaus cu zero înseamnă că un corp cu o astfel de masă nu poate fi deloc în repaus, ci trebuie să se miște întotdeauna cu viteza c. Un obiect cu masa de repaus zero este, mai precis, fotoni de lumină (quanta de lumină). Fotonii nu pot fi niciodată în repaus în orice cadru inerțial, se mișcă întotdeauna cu viteză Cu. Corpurile cu o masă în repaus diferită de zero pot fi în repaus sau se pot mișca cu viteze diferite, dar cu viteze mai mici ale luminii. Nu pot atinge niciodată viteza luminii.
Greutate- o mărime fizică care este inseparabil inerentă materiei și determină proprietățile ei inerțiale, energetice și gravitaționale. În fizica clasică se supune strict legii conservării, pe baza căreia se construiește mecanica clasică. În mecanica cuantică - formă specială energie și, sub această formă, tot subiectul legii conservării (masă-energie).
Masa este desemnată cu litera latină m
Unitatea de masă SI este kilogramul. În sistemul gaussian, masa se măsoară în grame. În fizica atomică se obișnuiește să se echivaleze masa cu unitate de masă atomică, la fizică solid- la masa electronului, în fizica energiei înalte masa se măsoară în electronvolti. Pe lângă aceste unități, există cantitate uriașă unități istorice de masă conservate în anumite domenii de utilizare: liră, uncie, carate, tonă si altele asemenea. În astronomie, o unitate pentru compararea maselor corpuri cerești servește drept masă a Soarelui.
Masa unui corp este o mărime fizică care îi caracterizează proprietățile inerțiale și gravitaționale.
În fizica clasică, masa este o măsură a cantității de materie conținută într-un corp. Legea conservării masei este valabilă aici: masa unui sistem izolat de corpuri nu se modifică în timp și este egală cu suma maselor corpurilor care îl alcătuiesc.
În mecanica newtoniană, masa unui corp este o mărime fizică scalară, care este o măsură a proprietăților sale inerțiale și o sursă de interacțiune gravitațională. În fizica clasică, masa este întotdeauna o mărime pozitivă.
Masa este o mărime aditivă, ceea ce înseamnă: masa fiecărui set de puncte materiale (\(m\)) este egală cu suma maselor tuturor părților individuale ale sistemului (\(m_i\))
\[ m=\sum\limits_(i=1)^(n)(m_i) \]
În mecanica clasică ei consideră:
- greutatea corporală nu depinde de mișcarea corpului, de influența altor corpuri sau de locația corpului;
- legea conservării masei este îndeplinită: masa unui sistem mecanic închis de corpuri este constantă în timp.
Ca măsură a inerției unui corp, masa este inclusă în a doua lege a lui Newton, scrisă într-o formă simplificată (pentru cazul masa constanta) forma:
\[ \LARGE m = \dfrac(F)(a) \]
unde \(a\) este accelerația și \(F\) este forța care acționează asupra corpului
Tipuri de mase
Strict vorbind, există două cantități diferite care au nume comun"greutate":
- Masa inertă caracterizează capacitatea unui corp de a rezista la schimbarea stării sale de mișcare sub influența forței. Presupunând că forța este aceeași, un obiect cu masă mai mică își schimbă starea de mișcare mai ușor decât un obiect cu masă mai mare. Masa inerțială apare într-o formă simplificată a celei de-a doua legi a lui Newton, precum și în formula de determinare a impulsului unui corp în mecanica clasică.
- Masa gravitațională caracterizează intensitatea interacțiunii unui corp cu un câmp gravitațional. Apare în legea gravitației universale a lui Newton.
Deși masa inerțială și masa gravitațională sunt concepte diferite din punct de vedere conceptual, toate experimentele cunoscute până în prezent indică faptul că aceste două mase sunt proporționale una cu cealaltă. Acest lucru face posibilă construirea unui sistem de unități astfel încât unitatea de măsură a tuturor celor trei mase să fie aceeași și toate să fie egale între ele. Aproape toate sistemele de unitate sunt construite pe acest principiu.
ÎN teorie generalăÎn relativitate, masele inerțiale și gravitaționale sunt considerate complet echivalente.
Inerția este proprietatea diferitelor obiecte materiale de a dobândi accelerații diferite sub aceleași influențe externe de la alte corpuri. Inerent corpuri diferiteîn diferite grade. Proprietatea inerției arată că timpul (distanța) este necesar pentru a schimba viteza unui corp. Cu cât este mai dificil să schimbi viteza unui corp, cu atât acesta este mai inert.
Masa este o mărime scalară care este o măsură a inerției unui corp în timpul mișcării de translație. (În timpul mișcării de rotație – moment de inerție). Cu cât un corp este mai inert, cu atât masa lui este mai mare. Masa determinată în acest fel se numește inerțială (spre deosebire de masa gravitațională determinată din legea gravitației universale).
Masa particulelor elementare
Masa, sau mai degrabă masa de odihnă, este caracteristică importantă particule elementare. Întrebarea de ce cauzează masele de particule observate experimental este problemă importantă fizica particulelor. De exemplu, masa unui neutron este puțin mai mare decât masa unui proton, ceea ce se datorează diferenței de interacțiune a quarcilor care formează aceste particule. Egalitatea aproximativă a maselor unor particule face posibilă combinarea lor în grupuri, tratându-le ca stări diferite ale unei particule comune cu valori diferite ale spinului izotopic.
Javascript este dezactivat în browserul dvs.Pentru a efectua calcule, trebuie să activați controalele ActiveX!
În viață, spunem foarte des: „cântărește 5 kilograme”, „cântărește 200 de grame” și așa mai departe. Și, în același timp, nu știm că facem o greșeală spunând asta. Conceptul de greutate corporală este studiat de toată lumea la cursul de fizică din clasa a VII-a, dar folosirea eronată a unor definiții a devenit atât de amestecată între noi încât uităm ceea ce am învățat și credem că greutatea și masa corporală sunt una și acelasi lucru.
Cu toate acestea, acest lucru nu este adevărat. Mai mult, greutatea corporală este o valoare constantă, dar greutatea corporală se poate modifica, scăzând până la zero. Deci, care este greșeala și cum să vorbim corect? Să încercăm să ne dăm seama.
Greutatea corporală și greutatea corporală: formulă de calcul
Masa este o măsură a inerției unui corp, este modul în care corpul reacționează la un impact aplicat acestuia sau afectează el însuși alte corpuri. Iar greutatea unui corp este forța cu care corpul acționează pe un suport orizontal sau suspensie verticală sub influența gravitației Pământului.
Masa se măsoară în kilograme, iar greutatea corporală, ca orice altă forță, se măsoară în newtoni. Greutatea unui corp are o direcție, ca orice forță, și este o mărime vectorială. Dar masa nu are direcție și este o mărime scalară.
Săgeata care indică greutatea corporală în imagini și grafice este întotdeauna îndreptată în jos, la fel ca forța gravitației.
Formula greutății corporale în fizică se scrie astfel:
unde m este masa corporală
g - accelerație cădere liberă= 9,81 m/s^2
Dar, în ciuda coincidenței cu formula și direcția gravitației, există o diferență serioasă între gravitație și greutatea corporală. Forța gravitației se aplică corpului, adică grosieră, se apasă pe corp, iar greutatea corpului se aplică pe suport sau suspensie, adică aici corpul apasă pe suspensie sau suport.
Dar natura existenței gravitației și greutatea unui corp este aceeași cu atracția Pământului. Strict vorbind, greutatea unui corp este o consecință a forței gravitaționale aplicate corpului. Și, la fel ca gravitația, greutatea corporală scade odată cu creșterea altitudinii.
Greutatea corporală în gravitate zero
Într-o stare de imponderabilitate, greutatea corpului este zero. Corpul nu va pune presiune pe suport sau întinde suspensia și nu va cântări nimic. Cu toate acestea, va avea în continuare masă, deoarece pentru a da corpului orice viteză, va fi necesar să se aplice o anumită forță, cu cât este mai mare. mai multa masa corpuri.
În condițiile unei alte planete, masa va rămâne, de asemenea, neschimbată, iar greutatea corpului va crește sau va scădea, în funcție de puterea gravitației planetei. Măsurăm masa corporală cu cântare, în kilograme, iar pentru măsurarea greutății corporale, care se măsoară în Newtoni, puteți folosi un dinamometru, un dispozitiv special pentru măsurarea forței.
Problema greutății corporale „normale” pare destul de relevantă pentru mulți oameni. Adevărat, apar dificultăți serioase în definirea conceptului în sine.
Cel mai adesea, oamenii își evaluează greutatea fie conform „normelor” existente concepute pentru persoana „medie” medie (Tabelul 1), fie se compară cu cineva din jurul lor. Cu toate acestea, ambele abordări pentru a determina greutatea corporală normală sunt complet inacceptabile.
Faptul este că persoana „medie” nu există deloc în natură și fiecare dintre noi se distinge prin propriile caracteristici, în special prin cele genotipice (inclusiv tipul corpului, caracterul metabolism etc.), starea și nivelul de sănătate etc. De exemplu, cu aceeași lungime a corpului, greutatea normală pentru o persoană astenică poate fi diagnosticată pentru o persoană hiperstenică ca „subponderală”, iar greutatea normală pentru o persoană hiperstenică va fi o manifestare a obezității în diferite grade pentru o persoană astenică. Prin urmare, Fiecare persoană ar trebui să aibă propria „greutate normală”. Principalul său criteriu ar trebui să fie sănătatea și bunăstarea, toleranța suficientă activitate fizică, și de asemenea nivel înalt performanta si adaptarea sociala.
Tabelul 1. Formule standard pentru evaluarea greutății corporale „normale”.|
Criteriu |
Metoda de evaluare |
Normă |
|
indicele lui Broca |
Greutatea corporală normală pentru persoanele cu o înălțime de 155 până la 165 cm este egală cu lungimea corpului, din care se scad o sută de unități; cu o înălțime de 166-175, se deduce 105, cu o înălțime de 176 și peste - 110 |
Numărul de unități rămase ar trebui să corespundă greutății corporale normale în kilograme. De exemplu: Înălțime - 170 cm. Greutate normală= 170 – 105 = 65 kg |
|
exponent Bongard |
Greutatea normală a corpului (în kg) este egală cu înălțimea (în cm) înmulțită cu circumferința pieptului la nivelul mamelonului (în cm) și împărțită la 240 |
De exemplu: Circumferința pieptului = 102 cm, înălțime = 170 cm Greutate normală = 170 x 102 / 240 = 72,3 kg |
|
indicele Quetelet |
Greutatea corporală în grame împărțită la înălțimea în centimetri |
Norma pentru bărbați este de 350-400 g/cm, pentru femei 325-375 g/cm |
|
Indicele de masă corporală (IMC) |
Greutatea corporală în kilograme împărțită la pătratul înălțimii în metri |
IMC = 18,5-23 - normal; 24-28 - obezitate de gradul I; 29-35 - obezitate de gradul II; peste 36 – obezitate de gradul 3 |
|
Indexul corpului |
B = (P 2 x K)\1000, unde B este greutatea, P este înălțimea în cm, K este indicele corpului |
Norma este 2,1 pentru femei și 2,3 pentru bărbați |
Deci, ce este „greutatea corporală normală”?
Principalele componente ale corpului nostru sunt oasele, masa activă și masa pasivă - în principal grăsimea. Prin „masă corporală activă” înțelegem masa totală a oaselor, mușchilor, organele interne, piele (fără celule adipoase subcutanate
chatki). Trebuie remarcat faptul că oasele sunt părți extrem de ușoare ale corpului nostru, iar greutatea corpului nostru este determinată în principal de grăsime și mușchi.
Țesutul muscular, care constituie marea majoritate a „masei corporale active”, arde caloriile chiar și atunci când o persoană este în repaus. Dar grăsimea nu are nevoie de energie - nu îndeplinește nicio funcție fizică. Acest lucru nu înseamnă că nu are nicio semnificație fiziologică: așa cum sa menționat deja (a se vedea secțiunea 6.1.), îndeplinește numeroase funcții importante. Conținutul de grăsime corporală pentru a asigura aceste funcții și în faunei sălbatice, iar printre strămoșii noștri, până relativ recent, era reglementat natural- relația dintre „venit” și „cheltuială”. Dacă o persoană se mișca puțin, atunci o anumită parte a energiei alimentelor consumate se transforma în grăsime, deveni mai dificilă mișcarea persoanei și, prin urmare, obținerea alimentelor era dificilă. În consecință, a trebuit să-și limiteze aportul alimentar până când greutatea corporală a revenit la normal, performanța i-a fost restabilită și a putut din nou să obțină hrană pentru el însuși. La o persoană modernă, căreia îi place să mănânce gustos și din belșug (și nu este nevoie să alerge după mâncare!), dar se mișcă puțin, rezervele de grăsime se dovedesc adesea a fi extrem de excesive. Acumularea de grăsime este asociată cu numeroase consecințe negative asupra sănătății, inclusiv:
- tulburări metabolice, ale căror consecințe sunt: ateroscleroza, diabetul zaharat, boli ale articulațiilor, ficatului, varicelor;
- disfuncție cardiacă, datorită încărcăturii extrem de semnificative asupra acestuia;
- dificultăți în funcționarea organelor interne datorită depunerii de grăsime direct pe ele;
- grăsimea din organism este o „chiuvetă pentru deșeuri etc.
Excepția este o stare de epuizare extremă, când volumul masei active la o persoană începe să scadă.
La cele spuse trebuie adăugate lipsa de atractivitate estetică externă persoană obeză.
De ce apare obezitatea?
În primul rând, să înțelegem mecanismul de formare a excesului de grăsime în organism. Se dovedește că celulele adipoase sunt extrem de conservatoare și, odată ce apar, dispar cu mare dificultate. Este esențial important ca cele mai importante perioade de vârstă în care se formează celulele adipoase să fie intrauterine (adică, în timpul dezvoltării fătului în sine) și primii trei ani după nașterea copilului. Din păcate, în viața de zi cu zi, în aceste perioade de vârstă se face totul pentru a se asigura că în corpul fătului și al copilului se formează cât mai multe celule adipoase - ei încearcă să hrănească atât femeia însărcinată, cât și copilul cât mai dens. posibil. În perioadele ulterioare dezvoltarea vârstei din cauza creșterii crescute, excesul de celule adipoase formate nu este vizibil, dar atunci când creșterea se oprește (la fete se întâmplă în jurul vârstei de 20 - 22 de ani, la tinerii de 22 - 25 de ani), fie o persoană își reduce semnificativ activitatea motrică, fie intervin anumiți factori hormonali (cum se întâmplă la vârsta pubertății la fete) - aceste celule încep să crească în dimensiune de multe ori. Aceasta este obezitatea. Se numește primar, deoarece este asociat cu o încălcare a raportului venituri/cheltuieli cu o predominanță a primei părți a acestui raport: o persoană mănâncă mult, dar cheltuiește puțină energie.
Odată cu vârsta, când cursul proceselor metabolice încetinește, pofta de mâncare nu scade, iar activitatea fizică scade progresiv, raportul înclină din ce în ce mai mult spre predominanța sosirii. În acest caz, degenerarea grasă a țesutului muscular are loc atunci când fibrele musculare sunt înlocuite cu țesut adipos. Acest lucru nu înseamnă că creșterea greutății corporale legată de vârstă este naturală - conform academicianului. N.M. Amosov, iar la 60 - 70 de ani prezentatorul are un sănătos imagine activă viața unei persoane ar trebui să fie aceeași ca la 25 - 30 de ani.
Consecințele descrise ale supraalimentării și inactivității nu afectează pe toată lumea, deoarece oameni diferiti tipul de energie este diferit, ceea ce se datorează (la persoanele sănătoase) în principal factorilor genetici și stilului de viață al mamei în timpul sarcinii. Astfel, la oamenii slabi, metabolismul energetic pe unitatea de timp este mai activ, prin urmare, de exemplu, in persoana sanatoasa Cu o astfel de constituție, după o masă grea aproape că se dublează, dar la o persoană obeză abia se observă. Spre efectul frigului oameni grasi nu răspund la aceeași creștere a costurilor cu energia ca oamenii slabi. În consecință, celelalte lucruri fiind egale, o persoană obeză absoarbe din alimentele pe care le consumă mai multă energie decât are nevoie pentru a-și menține viața și a efectua activitățile zilnice.
În funcție de severitatea masei adipoase în exces, obezitatea este clasificată după cum urmează. Dacă greutatea corpului tău depășește 9%, se spune că ești supraponderal. Obezitatea de gradul I este considerată a fi excesul de greutate în intervalul 10-29%, gradul II 30-49%, III 50-99% și, în final, IV 100% sau mai mult excesul de greutate corporală.
Masa este o măsură a inerției. Cu cât masa unui corp este mai mare, cu atât este mai inert, adică are o inerție mai mare. Legea inerției spune că, dacă un corp nu este acționat de către alte corpuri, atunci acesta rămâne în repaus sau efectuează o mișcare liniară uniformă.
Când corpurile interacționează, de exemplu, se ciocnesc, atunci odihna sau mișcarea uniformă rectilinie este perturbată. Corpul poate începe să accelereze sau, dimpotrivă, să încetinească. Viteza pe care un corp o câștigă (sau o pierde) după ce a interacționat cu un alt corp depinde, printre altele, de raportul dintre masele corpurilor care interacționează.
Deci, dacă o minge care rulează se ciocnește de o cărămidă pe drum, aceasta nu se va opri, dar cel mai probabil își va schimba direcția de mișcare și va sări. Cărămida va rămâne cel mai probabil pe loc, poate cădea. Dar dacă în calea mingii există carton, egală ca mărime cu o cărămidă, atunci mingea nu va mai sări de pe ea cu aceeași viteză ca și din cărămidă. Mingea o poate trage în general în fața sa, continuându-și mișcarea, dar încetinind-o.
Mingea, cărămida și cutia au mase diferite. Cărămida are mai multă masă și, prin urmare, este mai inertă, astfel încât mingea își poate schimba cu greu viteza. Mai degrabă, cărămida inversează viteza mingii. Cutia este mai puțin inertă, deci este mai ușor de mișcat și ea însăși nu poate schimba viteza sabiei așa cum ar putea face o cărămidă.
Un exemplu clasic de comparare a maselor a două corpuri prin estimarea inerției lor este următorul. Două cărucioare în repaus sunt ținute împreună prin îndoirea și legarea plăcilor elastice lipite la capete. Apoi, firul de legare este ars. Plăcile se îndreaptă, împingându-se una de cealaltă. Astfel, cărucioarele se resping între ele și se deplasează în direcții opuse.
În acest caz, există următoarele modele. Dacă cărucioarele au mase egale, atunci vor dobândi viteze egale și, înainte de frânarea completă, se vor îndepărta de punctul de plecare la distanțe egale. Dacă cărucioarele au mase diferite, atunci cele mai masive (și, prin urmare, mai inerte) vor parcurge o distanță mai scurtă, iar cele mai puțin masive (mai puțin inerte) vor parcurge o distanță mai mare.
Mai mult, există o legătură între masele și vitezele corpurilor care interacționează care sunt inițial în repaus. Produsul dintre masa și viteza dobândită a unui corp este egal cu produsul masei și viteza dobândită a celuilalt corp după interacțiune. Din punct de vedere matematic, aceasta poate fi exprimată astfel:
m 1 v 1 = m 2 v 2
Această formulă spune că cu cât masa unui corp este mai mare, cu atât viteza acestuia este mai mică, iar cu cât masa este mai mică, cu atât viteza corpului este mai mare. Masa și viteza unui corp sunt inverse dependență proporțională unul de celălalt (cu cât o valoare este mai mare, cu atât este mai mică cealaltă).
De obicei formula se scrie astfel (se poate obține prin transformarea primei formule):
m 1 / m 2 = v 2 / v 1
Adică raportul dintre masele corpurilor este invers proporțional cu raportul vitezelor lor.
Folosind acest model, puteți compara masele corpurilor măsurând vitezele pe care le dobândesc după interacțiune. Dacă, de exemplu, după interacțiune, corpurile în repaus au dobândit viteze de 2 m/s și 4 m/s, iar masa celui de-al doilea corp este cunoscută (să fie de 0,4 kg), atunci puteți afla masa primul corp: m1 = (v 2 /v 1) * m 2 = 4 / 2 * 0,4 = 0,8 (kg).