Porozumění fyzikálním pojmům a znalost definic veličin hraje důležitou roli při studiu různých zákonů a při řešení problémů ve fyzice. Jedním ze základních pojmů je pojem tělesné hmoty. Podívejme se blíže na otázku: co je tělesná hmotnost?
Historie
S přihlédnutím k modernímu pohledu na fyziku lze s jistotou říci, že hmotnost tělesa je charakteristika, která se projevuje při pohybu, při interakci mezi reálnými objekty, jakož i při atomových a jaderných přeměnách. Toto chápání hmoty se však formovalo poměrně nedávno, doslova v prvních desetiletích 20. století, díky teorii relativity vytvořené Einsteinem.
Vraťme se dále do historie a připomínáme, že někteří filozofové starověkého Řecka věřili, že pohyb neexistuje, takže neexistovala žádná představa o tělesné hmotnosti. Přesto existoval koncept tělesné hmotnosti. K tomu stačí připomenout Archimedův zákon. Hmotnost souvisí s tělesnou hmotností. Nejsou však stejné hodnoty.
BV moderní době se díky dílům Descarta, Galilea a zejména Newtona zformovaly pojmy dvou různých hmot:
- inertial;
- gravitační.
Jak se později ukázalo, oba typy tělesné hmoty mají stejnou hodnotu, která je ze své podstaty charakteristická pro všechny předměty kolem nás.
Inertial
Když už mluvíme o setrvačné hmotnosti, mnoho fyziků začíná dávat vzorec pro druhý Newtonův zákon, ve kterém jsou síla, tělesná hmotnost a zrychlení spojeny v jednu rovnost. Existuje však zásadnější výraz, ze kterého Newton sám formuloval svůj zákon. Jde o množství pohybu.
Ve fyzice je hybnost chápána jako hodnota rovna součinu tělesné hmotnosti m a rychlosti jeho pohybu v prostoru v, tedy:
p=mv
Pro libovolné tělo jsou hodnoty p a v vektorové proměnné charakteristiky. Hodnota m je nějaká koeficientová konstanta pro uvažované těleso, která spojuje p a v. Čím větší je tento koeficient, tím větší bude hodnota p při konstantní rychlosti a tím obtížnější je zastavit pohyb. To znamená, že hmotnost tělesa je charakteristická pro jeho inerciální vlastnosti.
Použitím psaného výrazu pro p získal Newton svůj slavný zákon, který matematicky popisuje změnu hybnosti. Obvykle se vyjadřuje v následujícím tvaru:
F=ma
Zde F je síla, která působí na těleso o hmotnosti m a uděluje mu zrychlení a. Jako vv předchozím výrazu je hmotnost m faktor úměrnosti mezi dvěma vektorovými charakteristikami. Čím větší je hmotnost tělesa, tím obtížnější je změnit jeho rychlost (méně než a) pomocí konstantní působící síly F.
Gravitace
V průběhu historie lidstvo sledovalo oblohu, hvězdy a planety. V důsledku četných pozorování v 17. století Isaac Newton formuloval svůj zákon univerzální gravitace. Podle tohoto zákona jsou dva masivní objekty přitahovány k sobě v poměru ke dvěma konstantám M1 a M2 a nepřímo úměrné druhé mocnině vzdálenost R mezi nimi, to je:
F=GM1 M2 / R2
Zde G je gravitační konstanta. Konstanty M1 a M2 se nazývají gravitační hmotnosti interagujících objektů.
Gravitační hmotnost tělesa je tedy mírou přitažlivé síly mezi skutečnými objekty, která nemá nic společného s inerciální hmotností.
Tělesná hmotnost a hmotnost
Pokud je výše uvedený výraz aplikován na gravitační sílu na naší planetě, lze napsat následující vzorec:
F=mg, kde g=GM / R2
Zde M a R jsou hmotnost naší planety a její poloměr. Hodnota g je každému školákovi známé zrychlení volného pádu. Písmeno m označuje gravitační hmotnost tělesa. Tento vzorec vám umožňuje vypočítat sílu přitažlivosti Zemí tělesa o hmotnosti m.
Podle třetího Newtonova zákona musí být síla Fse rovná reakci podpěry N, na které těleso spočívá. Tato rovnost nám umožňuje zavést novou fyzikální veličinu – váhu. Hmotnost je síla, kterou tělo napíná závěs nebo tlačí na určitou podpěru.
Mnoho lidí, kteří nejsou obeznámeni s fyzikou, nerozlišuje mezi pojmy hmotnost a hmotnost. Přitom jsou to úplně jiné hodnoty. Měří se v různých jednotkách (hmotnost v kilogramech, hmotnost v newtonech). Navíc hmotnost není charakteristikou těla, ale hmotnost ano. Nicméně můžete vypočítat hmotnost tělesa m se znalostí jeho hmotnosti P. To se provádí pomocí následujícího vzorce:
m=P / g
Hmotnost je jediná vlastnost
Výše bylo uvedeno, že hmotnost tělesa může být gravitační a inerciální. Albert Einstein při vývoji své teorie relativity vycházel z předpokladu, že označené typy hmoty představují stejnou charakteristiku hmoty.
Dosud byla v různých situacích prováděna četná měření obou typů tělesné hmotnosti. Všechna tato měření vedla k závěru, že gravitační a setrvačné hmoty se vzájemně shodují s přesností přístrojů, které byly použity k jejich určení.
Rychlý rozvoj jaderné energie v polovině minulého století prohloubil chápání pojmu hmoty, který, jak se ukázalo, souvisí s energií prostřednictvím rychlostní konstanty světla. Energie a hmotnost těla je projevem nějaké jediné podstaty hmoty.
