Масса как универсальная характеристика инертности и гравитаци.

При наличии воздействия разные частицы, двигавшиеся первоначально с одинаковой скоростью, изменяют скорость по-разному (вспомним торможение самосвала и велосипеда). Это значит, что помимо скорости им присуща еще какая-то величина, отличающая одну частицу от другой и играющая роль внутренней характеристики самой материи. Такой универсальной характеристикой материи служит масса. Введенное впервые Ньютоном, понятие массы в ходе развития физики значительно обогатилось и углубилось.

В понятии «масса» сходятся несколько фундамен­тальных понятий. Прежде всего, масса является мерой количества вещества. Тело содержит одинаковое количество атомов независимо от того, находится ли оно на Земле, на Луне или в космическом пространстве. Масса тела неизменна повсюду, в то время как вес мо­жет изменяться. Вес – это сила, с которой тело действует на опору. В отличие от силы тяжести, приложенной к телу, вес приложен к опоре и изменяется, если опора движется ускоренно. Если же опора находится в покое или прямолинейном равномерном движении, то вес тела совпадает с силой тяжести по величине и направлению.

Некоторые представления о массе каждый человек приобретает из повседневного опыта. Имея дело с макроскопическими телами из одного и того же вещества (покоящимися или медленно движущимися), мы говорим, что «массивнее» то из них, размеры которого крупнее. Сложнее сравнивать тела из разных веществ. Именно в области привычных человеку скоростей справедливо правило – тело тем более массивно, чем меньшую скорость оно способно приобретать в одних и тех же условиях. Чем массивнее тело, тем больше его инертность. Такое тело, если оно уже движется, значительно труднее и затормозить.

Фундаментальная характеристика материальных объектов, проявляющаяся в их способности сопротивляться изменению скорости, называется инертной массой. Массу можно определить, только задав процедуру ее измерения. Помимо способа определения массы путем взвешивания, т.е. сравнения с эталонными гирями, существуют и другие методы измерения инертной массы, например, по скорости, приобретаемой телом при столкновениях с движущимися эталонными телами. Подобный метод универсален, так как пригоден для любых частиц при скоростях, много меньших скорости света., в частности,, им можно пользоваться и в условиях невесомости на космическом корабле, когда определение массы через взвешивания неприменимо.

Понятие массы присуще любым материальным объектам, включая элементарные частицы, являясь как бы их визитной карточкой. Ее значение не зависит от условий испытания объектов и выбора СО. Таким образом, масса – это скалярная величина, служащая объективной и универсальной характеристикой любых объектов. Более того, масса является инвариантной величиной, имеющей одинаковые значения во всех неподвижных или движущихся ИСО. Этим качеством она напоминает пространственно-временной интервал между событиями.

Важнейшим свойством массы является ее сохранение для изолированной системы. Иными словами, масса изолированной системы со временем не меняется. Наконец, при малых скоростях справедливо свойство аддитивности массы. Оно гласит, что если объект распался на несколько частиц, то сумма их масс равна массе исходной частицы. Пока наши представления о массе связаны с одним универсальным свойством материи – ее инертностью. Такая масса и называется инертной массой. Но у материи есть и другое универсальное свойство – это способность к гравитации, т.е. к взаимному притяжению по закону всемирного тяготения, также открытому Ньютоном. Согласно закону всемирного тяготения,любые два тела с масса­ми т₁ и т₂ притягиваются друг к другу. Если тела считать матери­альными точками, т.е. пренебречь их размерами по сравнению с расстоянием между ними R, то сила определяется формулой:

F = G • т₁ • т_г / R²,

где F—сила, направленная вдоль прямой, соединяющей матери­альные точки; G —гравитационная постоянная (универсальная мировая постоянная).

В качестве характеристики способности материальных объектов к гравитационному притяжению при малых скоростях дополнительно вводится понятие гравитационной массы. Оно для гравитации играет роль своеобразного «гравитационного заряда», аналогичную роли электрического заряда в электрическом взаимодействии по закону Кулона. Именно эта величина определяется в процедуре взвешивания, в которой, в сущности, сравниваются притяжения тела и разновеска к Земле.

В принципе, гравитационная масса могла бы, подобно электрическому заряду, не иметь никакого отношения к инертной массе. Однако еще Галилей на опыте установил, что для любых материальных объектов их инертная масса пропорциональна их гравитационной массе. Этот факт составляет содержание принципа эквивалентности. В настоящее время это утверждение проверено с точностью 10^-12. Все это свидетельствует о том, что масса одновременно является универсальной мерой и инертности, и гравитации. Ее с полным основанием можно считать фундаментальной характеристикой объекта. Она сказывается на характере движения тела, однако сама по себе не является величиной, относящейся к движению.