» » » » » » Masa inerțială

Masa inerțială

postat în: Mecanica 0
Biliard
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:8ball_break.jpg

Fizicienii și matematicienii par să fie mai puțin înclinați să folosească conceptul popular de inerție ca fiind „tendința de a menține impulsul” și, în schimb, să favorizeze definiția utilă din punct de vedere matematic a inerției ca măsură a rezistenței corpului la schimbările vitezei sau pur și simplu a unei mase inerțiale a corpului.

Acest lucru a fost clar la începutul secolului al XX-lea, înainte de apariția teoriei relativității. Masa, m, a denotat ceva precum o cantitate de substanță sau cantitate de materie. În același timp, masa a fost măsura cantitativă a inerției unui corp.

Masa unui corp determină impulsul, p, al corpului la viteza dată, v; este un factor de proporționalitate în formula:

p = m v

Factorul m este denumit masa inerțială.

Dar masa, legată de „inerția” unui corp, poate fi definită și de formula:

F = m a

Aici F este forța, m este masa inerțială, iar a este accelerația.

Prin această formulă, cu cât masa este mai mare, cu atât mai puțin un corp accelerează sub forța dată. Masele m definite de formulele de mai sus sunt egale deoarece ultima formulă este o consecinta a primei formule daca masa nu depinde de timp și de viteză. Astfel, „masa este măsura cantitativă sau numerică a inerției corpului, adică a rezistenței sale la accelerare”.

Acest sens al inerției unui corp este, prin urmare, modificat de la sensul popular ca fiind „tendința de a menține impulsul” la o descriere a măsurii cât de dificilă este schimbarea vitezei unui corp, dar este în concordanță cu faptul că mișcarea într-un cadru de referință poate să dispară în altul, deci variația vitezei este importantă.

Masa inerțială

Nu există o diferență măsurabilă între masa gravitațională și masa inerțială. Masa gravitațională este definită de cantitatea de material în câmp gravitațional pe care o posedă masa, inclusiv de energia sa. „Masa inerțială” (masa relativistă) este o funcție a accelerației pe care o masă a suferit-o și viteza rezultantă a acesteia. O masă care a fost accelerată la viteze apropiate de viteza luminii are o „masă relativistă” mărită și de aceea intensitatea câmpului magnetic în acceleratoarele de particule trebuie mărită pentru a forța calea masei să se curbeze. În practică, „masa inerțială” se consideră în mod normal „masă invariantă” și este identică cu masa gravitațională fără componenta energetică.

Masa gravitațională se măsoară prin compararea forței gravitaționale a unei mase necunoscute cu forța gravitațională a unei mase cunoscute. Aceasta se face de obicei cu o balanță. Masele egale se vor potrivi pe o balanță deoarece câmpul gravitațional se aplică în mod egal, producând aceeași greutate. Această presupunere nu mai este valabilă în apropierea obiectelor supermasive, cum ar fi găurile negre și stelele neutronice, datorită efectelor de maree. Și nici în medii fără greutate, deoarece, indiferent de obiectele comparate, balanța va fi echilibrată.

Masele inerțiale se găsesc prin aplicarea unei forțe nete cunoscute asupra unei mase necunoscute, măsurarea accelerației rezultate și aplicarea legii a doua a lui Newton, m = F/a. Aceasta oferă o valoare exactă pentru masă, limitată numai de precizia măsurătorilor. Când astronauții trebuie să fie măsurați în situația lipsei de greutate a căderii libere, ei își pot citi efectiv masa inerțială într-un scaun special numit dispozitiv de măsurare a masei corporale (BMMD).

La viteze mari și mai ales în apropierea vitezei luminii, masa inerțială poate fi determinată prin măsurarea intensității câmpului magnetic și a curburii căii unei mase încărcate electric, cum ar fi un electron.

Nu s-a constatat nicio diferență fizică între masa gravitatională și cea inerțială într-un cadru inerțial dat. În măsurătorile experimentale, cele două sunt întotdeauna în acord în limita erorii experimentului. Einstein a folosit faptul că masa gravitatională și inerțială erau egale în teoria generală a relativității, în care a afirmat că masa gravitațională era aceeași cu masa inerțială și că accelerația gravitației este rezultatul unei „văi” sau a unei pante în spațiu-timp continuu în care masele „au căzut”. Dennis Sciama a arătat mai târziu că forța de reacție produsă de gravitația combinată a materiei din tot universul asupra unui obiect accelerat este matematic egală cu inerția obiectului, dar aceasta ar fi doar o explicație fizică funcțională dacă, prin un anumit mecanism, efectele gravitaționale au operat instantaneu.

La orice viteză diferită de zero, masa relativistă depășește întotdeauna masa gravitațională. Dacă masa este făcută să se deplaseze aproape de viteza luminii, „masa inerțială” (relativistă) observată dintr-un cadru staționar ar fi foarte mare, în timp ce masa gravitațională ar rămâne la valoarea de repaus, dar efectul gravitațional al extra energiei ar echilibra exact creșterea măsurată a masei inerțiale.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *