Как найти массу машины в физике

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?

Определите массу автомобиля, движущегося при торможении с ускорением 2

м

/

с

2

, если сила трения равна 6 кН.

Масса представляет собой количество материи, которое содержится в каком-либо теле. В свою очередь материя – это нечто, что можно физически потрогать и ощутить. Как правило, массу связывают с размерами объекта, однако это не всегда верно. Например, земной шар мог бы быть большего размера, но иметь меньшую массу. В статье рассмотрен вопрос о том, как найти массу через объем и плотность.

Понятие массы и ее появление в физике

Перед тем как рассмотреть вопрос о том, как найти массу через объем и плотность, следует понять, откуда взялась масса в физике, и что она определяет. Сам термин “масса” происходит от латинского слова massa – глыба, вещество, тело, которое, в свою очередь, берет свое начало от греческого слова μᾶζα, буквально означающего “тесто”.

Масса – физическое понятие, которое указывает на количество содержащейся в теле материи. В Международной системе единиц измерения ее измеряют в килограммах. Появление в физике этого понятия связано с двумя важными законами:

1. Закон всемирного тяготения.
2. Второй закон Ньютона.

В соответствии с концепцией всемирного тяготения два тела притягиваются друг к другу с силой, которая пропорциональна произведению двух постоянных величин. Эти постоянные величины получили название гравитационных масс этих тел. То есть гравитационная масса тела – это свойство самой материи, благодаря которому все тела притягиваются друг к другу.

Что касается второго закона Ньютона, то следует вспомнить, что любое ускорение, вызванное действием некоторой внешней силы на данное тело, пропорционально некоторой константе, которая называется инертной массой. В этом законе инертная масса определяет меру “сложности” изменения скорости движения данного тела.

Понятие объема тела

Объем является физическим свойством материи, которое определяет занимаемое ею пространство. В Международной системе единиц он измеряется в метрах кубических, но также часто используют другие единицы измерения: кубические сантиметры и литры.

В зависимости от состояния вещества применяют различные методы измерения объема:

1. Для жидких тел используют специальные градуированные прозрачные емкости (цилиндры, пробирки, пипетки и другие).
2. Для твердых тел, которые сохраняют свою форму, объем измеряется исходя из их линейных размеров с применением соответствующей математической формулы. Например, параллелепипеда объем равен произведению его длины, ширины и высоты.
3. Газообразные тела не сохраняют свой объем, в отличие от жидкостей и твердых тел, поэтому он для газов всегда равен объему сосуда, в котором находится газ.

Плотность вещества

Наконец, отвечая на вопрос о том, как найти массу через объем и плотность, следует разобраться с последней характеристикой – плотностью тел. Плотность является неотъемлемой физической характеристикой материи, которая связывает массу и объем, то есть она определяет, какое количество массы вещества содержится в единице объема. В Международной системе единиц она выражается в виде килограммов на метр кубический, но часто используется и в граммах на сантиметр кубический.

Любое вещество обладает конкретным значением плотности, например, в одном литре воды содержится один килограмм массы, то есть ее плотность равна 1 кг/л или 1000 кг/м³.

Понятие плотности играет важную роль в природе. Так, вопрос плавучести тел в воде является исключительно вопросом сравнения плотности тела и воды. Тела, имеющие большую плотность, чем вода, тонут в ней, например, яйцо или камень.

Как найти массу в физике через объем и плотность?

Перейдем теперь непосредственно к решению поставленной задачи. Допустим необходимо измерить массу имеющегося алмаза. Сначала нужно измерить его объем, допустим, он равен 5000 см³. Разбираясь в том, как найти массу через объем, следует также определить плотность вещества. В данном случае можно обратиться к табличным данным и посмотреть, какая плотность характерна для алмаза. В таблице находим, что она равна 3,52 г/см³.

После того как все необходимые величины определены, следует использовать известную формулу, как найти массу через объем и плотность: m = V*ρ, где V – объем тела, ρ – плотность. Подставляя полученные значения для алмаза, получаем: m = 5000 (см³)*3,52 (г/см³) = 17600.0 г = 17,6 кг. Следует обратить внимание, что при умножении объема на плотность единицы измерения объема (см³ в примере) сокращаются и остаются только единицы измерения массы.

Содержание:

• Определение и формула массы тела
• Инертная масса
• Гравитационная масса
• Формула расчета массы через плотность тела
• Масса в специальной теории относительности
• Примеры решения задач

Определение и формула массы тела

В классической механике считают:

• масса тела не является зависимой от движения тела, от воздействия других тел, расположения тела;
• выполняется закон сохранения массы: масса замкнутой механической системы тел неизменна во времени.

Инертная масса

Свойство инертности материальной точки состоит в том, что если на точку действует внешняя сила, то у нее возникает конечное по модулю ускорение.
Если внешних воздействий нет, то в инерциальной системе отсчета тело находится в состоянии покоя или движется равномерно и прямолинейно. Масса входит во второй закон Ньютона:

$$bar{F}=m bar{a}(2)$$

где масса определяет инертные свойства материальной точки (инертная масса).

Гравитационная масса

Масса материальной точки входит в закон всемирного тяготения, при этом она определяет гравитационные свойства данной точки.при этом она носит
название гравитационной (тяжелой) массы.

Эмпирически получено, что для всех тел отношения инертных масс к гравитационным являются одинаковыми. Следовательно, если правильно избрать
величину постоянной гравитации, то можно получить, что для всякого тела инертная и гравитационная массы одинаковы и связываются с силой
тяжести (F_t) избранного тела:

$$m=frac{F_{t}}{g}(3)$$

где g – ускорение свободного падения. Если проводить наблюдения в одной и той же точке, то ускорения свободного падения одинаковы.

Формула расчета массы через плотность тела

Масса тела может быть рассчитана как:

$$m=int_{V} rho d V(4)$$

где $rho$ – плотность вещества тела, где интегрирование
проводится по объему тела. Если тело однородное ( $rho = const$ ),
то масса может быть рассчитана как:

$m = rho V (5)$

Масса в специальной теории относительности

В СТО масса инвариантна, но аддитивной не является. Она здесь определена как:

$$m=sqrt{frac{E^{2}}{c^{4}}-frac{p^{2}}{c^{2}}}$$

где E – полная энергия свободного тела, p- импульс тела, c – скорость света.

Релятивистская масса частицы определяется формулой:

$$m=frac{m_{0}}{sqrt{1-frac{v^{2}}{c^{2}}}}(7)$$

где m₀ – масс покоя частицы, v – скорость движения частицы.

Основной единицей измерения массы в системе СИ является: [m]=кг.

В СГС: [m]=гр.

Примеры решения задач

Читать дальше: Формула момента силы.