Masa

Masa jest jedną z podstawowych wielkości fizycznych, która charakteryzuje ciała fizyczne pod względem ich zdolności do stawiania oporu podczas zmian ruchu (bezwładność, inercja). Im większą masę posiada ciało, tym trudniej zmienić jego stan ruchu (na przykład przyspieszyć lub spowolnić jego ruch). Masa jest często mylona z inną wielkością fizyczną — ciężarem. Ciężar jest zależny od masy, jednak nie są to wielkości równoważne. Jednostką masy jest 1 kg.

Obecna (obowiązującą od 20 maja 2019 roku) definicja kilograma jest następująca:

Kilogram, oznaczenie kg, jest to jednostka SI masy. Jest ona zdefiniowana poprzez przyjęcie ustalonej wartości liczbowej stałej Plancka h, wynoszącej 6,626 070 15×10^-34, wyrażonej w jednostce J·s, która jest równa kg·m²/s, przy czym metr i sekunda zdefiniowane są za pomocą c i ∆ν_Cs.

Wcześniejsza definicja kilograma była następująca:

1 kilogram jest równy masie wzorca platynowo-irydowego przechowywanego w Sevres pod Paryżem.

Wzorzec miał kształt walca i jest przechowywany w specjalnych warunkach. Na świecie znajdowały się kopie tego wzorca na wypadek zniszczenia oryginału. Wzorzec ten miał wszystkie wady, jakie może posiadać. Był mało dostępny, nietrwały, mało dokładny. Obecny wzorzec jest już wolny od tych wad.

Jak mierzyć masy pojedynczych atomów, czy nawet jego składników? Stosuje się do takich celów drugi wzorzec masy, który ma zastosowanie jedynie dla bardzo małych wielkości. Wzorzec ten, choć często stosowany przez naukowców, nie należy do układu SI. Mowa tu o masie atomowej.

Masa atomu węgla ¹²C równa jest 12 jednostkom masy atomowej. Jednostkę masy atomowej oznacza się literą u.

Nie ma sensu mierzyć masy lokomotywy w jednostkach masy atomowej, tak jak nie ma sensu mierzyć mas cząstek, używając kilogramów. Można jednak w sposób przybliżony podać zależność pomiędzy tymi jednostkami. Oto ona:

1 u = 1,66057 x 10 ^-27kg

Poniżej zestawiono inne jednostki masy:

Nazwa jednostki	Symbol	Przelicznik	Opis
tona	t	1 t = 1000 kg = 1 Mg	Legalna jednostka masy
kwintal	q	1 q = 100 kg	Nie należy do układu SI, stosowana w obrocie płodami rolnymi.
funt (ang. pound)	lb	1 lb = 0,45359273 kg	Angielska jednostka masy. 1 lb = 16 oz = 7000 gr(granów)
uncja (ang. ounce)	oz	1 oz = 0,0283495 kg	Angielska jednostka masy.
karat	kr	1 kr = 0,2 g = 0,0002 kg	Jednostka masy stosowana w jubilerstwie.
atomowa jednostka masy	u	1 u = 1,66057 x 10^-27kg	Jednostka masy stosowana dla atomów i cząstek elementarnych. Jest równa 1/12 masy atomu izotopu węgla ¹²C.

Poniżej kilka przykładowych wartości mas:

Wielkość	Odległość
masa Drogi Mlecznej	2,2 x 10⁴¹ kg
masa Słońca	2 x 10³⁰ kg
masa Ziemi	6,0 x 10²⁴ kg
masa Księżyca	7,4 x 10²² kg
słoń	4,4 x 10³ kg
masa cząsteczki kurzu	7,0 x 10^-10 kg
masa atomu uranu	4,0 x 10^-26 kg
masa protonu	1,7 x 10^-27 kg
masa elektronu	9,1 x 10^-31 kg

Masa a energia

W fizyce współczesnej masa nie jest już traktowana wyłącznie jako „ilość materii” lub miara bezwładności. Zgodnie z teorią względności masa jest ściśle związana z energią.

Zależność tę opisuje słynny wzór: \(E = mc^2\)

Oznacza to, że:

masa jest formą energii,
całkowita energia układu wpływa na jego masę,
układ może mieć większą masę, jeśli zawiera więcej energii (np. energii wewnętrznej).

Masa a teoria względności

W fizyce rozróżnia się: masę spoczynkową – mierzoną w układzie, w którym ciało jest w spoczynku, (historycznie) masę relatywistyczną – zależną od prędkości.

Współcześnie używa się głównie pojęcia masy spoczynkowej, ponieważ jest ona wielkością niezmienniczą (taką samą dla wszystkich obserwatorów). Masa układu nie zależy bezpośrednio od układu odniesienia.

Niepewność pomiaru masy

Każdy pomiar masy, podobnie jak innych wielkości fizycznych, jest obarczony niepewnością pomiarową. Wynika ona m.in. z:

dokładności przyrządów (np. wag),
wpływu warunków środowiskowych (temperatura, drgania),
ograniczeń metody pomiarowej.

Dlatego wynik pomiaru zapisuje się jako: m = wartość ± niepewność, np.
m = 1,00 kg ± 0,01 kg.

Ciekawostki

Trudno jest oszacować masę Wszechświata. Znamy przybliżoną gęstość Wszechświata. Otóż 1 cm³ Wszechświata ma masę około 4 x 10^-30g. Większą część Wszechświata stanowi tak zwana ciemna materia — materia, której nie można zaobserwować bezpośrednio, a której istnienie zdradzają jedynie wywierane przez nią efekty grawitacyjne. Stanowi ona większość masy Wszechświata. Do dzisiaj nie wiadomo z czego się składa. Ciemna materia jest obecnie jedną z największych zagadek w fizyce.

Powiązane materiały

Długość

Czas

Długość, czas i masa

Porównywanie ciężarów.

Obliczenia wagowe — ile waży słoń?

Obliczenia wagowe - ile waży tort?

Co jest cięższe?