Массаны қалай табады – Қарапайым және ғылыми әдістер
Күнделікті өмірде де, ғылымда да бізге түрлі заттардың физикалық қасиеттерін анықтау қажет болады. Сол қасиеттердің бірі — масса. Ол заттың қаншалықты «ауыр» екенін емес, оның қанша заттан тұратынын сипаттайды. Бұл ұғымды дұрыс түсіну үшін алдымен оның мағынасын, өлшеу әдістерін және түрлі жағдайларда қолданылуын қарастырайық.
Масса дегеніміз не?
Масса — дененің инерттілігін сипаттайтын физикалық шама. Басқаша айтқанда, ол дененің қозғалысқа түсуге қаншалықты қарсы тұратынын көрсетеді. Мысалы, үлкен тасты қозғалтқаннан гөрі, жеңіл қауырсынды қозғау оңай. Мұндағы айырмашылық олардың массасында жатыр.
Масса — скаляр шама, яғни оның тек мәні бар, бағыты болмайды. Ол халықаралық SI жүйесінде килограмммен (кг) өлшенеді. Сонымен қатар грамм, миллиграмм, тонна сияқты туынды бірліктер де қолданылады.
Массаны өлшеудің негізгі тәсілдері
Массаны өлшеудің бірнеше әдісі бар. Олардың кейбірі күнделікті тұрмыста қолданылса, кейбірі ғылыми зерттеулерде қажет болады. Солардың басты түрлеріне тоқталайық.
1. Таразы арқылы өлшеу
Бұл ең қарапайым әрі кең таралған әдіс. Дүкенде азық-түлік сатып аларда, үйде аспаздық кезінде — біз таразыны жиі қолданамыз.
Таразының түрлері:
- Механикалық таразы: жүкпен теңдестіріп өлшейді.
- Электронды таразы: салмақты автоматты түрде санмен көрсетеді.
- Лабораториялық таразы: өте дәл өлшемдер жасауға мүмкіндік береді (микро немесе миллиграмм деңгейінде).
Таразы дененің салмағын көрсетеді, ал салмақ пен масса бірдей ме деген сұрақ жиі қойылады.
Салмақ — бұл масса мен ауырлық күшінің көбейтіндісі. Сондықтан Жердің гравитациялық өрісі өзгерсе, салмақ өзгереді, бірақ масса өзгермейді. Мысалы, Айда сіздің салмағыңыз азаяды, бірақ массаңыз сол қалпында қалады.
2. Тығыздық пен көлем арқылы табу
Егер таразы жоқ болса, кей жағдайда массаны тығыздық пен көлем арқылы есептеуге болады. Бұл әдіс ғылыми ортада жиі қолданылады.
Формуласы:
m = ρ × V,
мұндағы:
- m — масса,
- ρ (ро) — заттың тығыздығы (кг/м³),
- V — көлемі (м³).
Мысалы: Егер сізде 0.01 м³ көлемінде алюминий болса, ал алюминийдің тығыздығы 2700 кг/м³ болса, онда массасы:
m = 2700 × 0.01 = 27 кг
Бұл әдіс әсіресе сұйықтықтар мен газдар үшін өте ыңғайлы, себебі олардың көлемін өлшеу жеңіл.
3. Инерттілік қасиеттерін пайдалану
Бұл — тәжірибелік және күрделі әдіс. Ньютонның екінші заңына сүйене отырып, массаны анықтауға болады. Ол заң:
F = m × a,
мұндағы:
- F — күш (Ньютон),
- m — масса,
- a — үдеу (м/с²).
Осыдан массаны анықтауға формуланы қайта құру арқылы болады:
m = F / a
Бұл тәсіл динамикалық массаны табуға мүмкіндік береді. Ғарышта, зертханалық ортада немесе жылдам қозғалыс кезінде жиі қолданылады.
4. Арнайы құралдармен анықтау
Ғылым мен өнеркәсіпте массаны анықтау үшін арнайы құралдар мен әдістемелер бар. Мысалы:
- Масс-спектрометрия — атом мен молекулалардың массасын өлшейді.
- Инерциялық платформалар — қозғалып тұрған нысандардың массасын анықтауға көмектеседі.
- Гравиметрлер — гравитация деңгейін есептеп, масса туралы ақпарат береді.
Массаны табудағы негізгі қиындықтар
Кей жағдайларда массаны дәл анықтау қиын болуы мүмкін. Бұл төмендегідей факторларға байланысты:
- Нысан формасының күрделілігі: Егер объект дұрыс геометриялық пішінде болмаса, оның көлемін дәл анықтау қиын.
- Тығыздықтың біркелкі болмауы: Құрамы әркелкі заттардың массасын тығыздық арқылы табу нақты нәтиже бермейді.
- Сыртқы факторлар: Температура, ылғалдылық немесе гравитациялық өзгерістер өлшеуге әсер етуі мүмкін.
Қызықты дерек
Ғарышкерлердің массасын анықтау — ерекше мәселе. Өйткені ғарышта салмақ жоқ, ал таразы жұмыс істемейді. NASA бұл үшін серіппелі орындықтар мен тербеліс жиілігін қолданады. Адам белгілі бір жиілікпен тербеліп, одан оның массасы есептеледі. Бұл — ғылыми фантастика емес, нақты әдіс!
