Вес и масса — два понятия, которые в повседневной жизни часто путают. Но юный физик должен уметь хорошо их различать. На одном простом опыте мы попытаемся точно разобраться в том, что такое вес и что такое масса и чем эти два понятия отличаются одно от другого.
Ход мысли у нас будет такой: если мы привяжем к крючку пружинных весов, которые называются динамометром, гирю весом 1 килограмм, пружина соответственно растянется, потому что гиря притягивается Землей.
Теперь совершим мысленно такое путешествие. Перенесемся на Северный полюс. Здесь наши весы покажут несколько больший вес, чем в первом опыте. Если мы, покинув полюс, перенесемся на экватор, вес нашей гири неожиданно уменьшится.
Теперь покинем Землю и перенесемся на поверхность Луны. Наши весы покажут, что вес гири составляет лишь незначительную часть того веса, который мы зарегистрировали на Земле.
Если бы мы могли произвести такое же измерение на поверхности Солнца, то обнаружили бы, что вес нашей гири увеличился в несколько десятков раз. Значит, одни и те же весы в разных местах показывают совершенно различный вес одной и той же гири.
В чем же тут дело?
Под словами «вес тела» подразумевается сила, с которой это тело притягивается к Земле (или к той планете, где мы производим измерение). Эта сила является проявлением взаимного притяжения гири и Земли. Наукой установлено, что одно и то же тело притягивается Землей сильнее на Северном полюсе, чем на экваторе. В повседневной жизни мы сказали бы, что на Северном полюсе оно весит больше, чем в других местах Земли.
Происходит это потому, что Земля по своей форме не является геометрически точным шаром, а немножко сплюснута у полюсов. Поэтому поверхность ее у полюса немного ближе к центру Земли, чем поверхность на экваторе.
Другая причина этого явления — это вращение Земли вокруг своей оси. В результате этого вращения на все тела, находящиеся на поверхности Земли, действует центробежная сила, которая тем больше, чем больше радиус вращения. А самый большой на Земле радиус вращения и будет ее экваториальный радиус. На Северном полюсе центробежной силы нет совсем. Поэтому центробежная сила на экваторе, отталкивая гирю от поверхности Земли, также как бы уменьшает ее вес.
В качестве единицы измерения массы учеными всех стран было принято количество массы вещества, содержащееся в 1 кубическом дециметре (1 литре) дестиллированной воды, имеющей температуру плюс 4 градуса. Эта масса называется массой в 1 килограмм. Единицей веса принято считать ту силу, с которой масса в 1 килограмм притягивается к Земле на 45-й географической параллели и в пункте, расположенном на уровне моря. Эта сила называется 1 килограмм силы. Он равен 1000 граммов силы и обозначается кГ.
Масса в 1 килограмм на 45 градусов широты и на уровне моря имеет вес, точно равный 1 килограмму, на Северном полюсе ее вес увеличится и будет составлять круглым числом 1,003 килограмма, а на экваторе — всего 0,997 килограмма.
Так как масса и диаметры Луны и Солнца хорошо известны астрономам, можно было высчитать, что на поверхности Луны масса в 1 килограмм будет весить всего 0,168 килограмма, а на поверхности Солнца — целых 27 килограммов.
Итак, во время нашего мысленного путешествия мы установили, что 1 кг массы весит:
на 45 градусе географической широты 1кГ
на Северном полюсе 1,003
на экваторе 0,997
на поверхности Луны 0,168
на поверхности Солнца … 27
Значит, одна и та же масса (в нашем опыте 1 килограмм) в различных местах имеет и различный вес.
Для определения массы какого-либо тела служат рычажные весы. А вес тела измеряется на пружинных весах, шкала которых размечена в килограммах силы.
Если мы на рычажных весах установили, что масса какого-либо тела равняется 500 граммам, то мы, находясь на Земле, всегда будем считать, что и вес тела равен 500 граммам силы.
Ошибка, которую мы при этом совершаем, будет очень мала. Но всегда нужно помнить, что килограмм массы и килограмм силы — это совсем разные вещи.
