Para sa Huling Oras: Narito ang Pagkakaiba sa Pagitan ng Timbang at Mass


Ano ang pinagkaiba sa pagitan ng timbang at mass? Maraming mga tao ang gumamit ng mga salitang ito nang magkakaiba, ngunit ito ay gumagana lamang dahil ang lahat maliban sa ilan sa atin ay nabubuhay sa Earth. Kung nagsimula kaming tumagal ng paninirahan sa mga kolonya sa kalawakan, sa Buwan o sa iba pang mga planeta, kakailanganin naming makakuha ng mas tumpak na kapag pinag-uusapan namin kung gaano karaming bagay ang nasa aming mga bagay-bagay. Kaya narito ang isang mabilis na pagkasira ng timbang laban sa masa:

Misa: Kung maaari mong bilangin ang bilang ng mga proton, neutron, at mga electron sa isang bagay (na marahil ay hindi maaari), ito ay magiging isang sukatin ng masa. Ang masa ay mahalagang "gaano karaming bagay" ang nasa isang bagay. Oo, alam ko na ito ay isang bahagyang kahulugan-ngunit ito ay sapat na para sa ngayon. Ang karaniwang mga yunit para sa masa ay ang kilo at ang gramo. Kung ipinapilit mo ang paggamit ng mga nakakatawa na imperyal na yunit, ang yunit para sa masa ay ang slug (totoo).

Timbang: Mayroong isang gravitational na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga bagay na may mass. Kung isaalang-alang mo ang isang bagay na nakikipag-ugnayan sa Earth, ang puwersa na ito ay tinatawag na timbang. Ang yunit para sa timbang ay ang Newton (katulad ng sa anumang iba pang puwersa). OK, fine-ang bodoh pound ay isa ring yunit para sa timbang.

Karamihan sa mga tao sa ibabaw ng Earth ay maaaring makakuha ng malayo sa sinasabi ng alinman sa "timbang" o "mass" dahil sila ay proporsyonal sa bawat isa. Kung alam mo ang masa ng isang bagay (m), ang timbang (W) ay matatagpuan bilang:

Rhett Allain

Sa ganitong pananalita, g ay ang lokal na larangan ng gravitational. Ang pangunahing salita dito ay "lokal." Ang pagkalkula ng gravitational force ay gumagana lamang sa ibabaw ng Earth. Hindi ito gumagana (hindi bababa sa hindi masyadong mahusay) para sa 100 kilometro sa itaas ng ibabaw ng Earth at hindi ito gumagana sa Mars. Lamang sa ibabaw ng Earth ay may isang proporsyonidad pare-pareho ng 9.8 Newtons bawat kilo. Dahil ang karamihan sa mga tao ay nakatira sa ibabaw ng Earth, walang sinuman ang tunay na nagrereklamo tungkol sa paggamit ng "timbang" at "mass" sa karaniwang kahulugan ng parehong bagay.

Pagsukat ng Mass Gamit ang Balanse ng Gravitational

Kaya, gusto mong makita ang masa ng stack na iyon ng malagkit na mga tala? Simple, ilagay lamang ito sa isang sukat at i-record ang pagbabasa sa display. Ganito.

Rhett Allain

Na mukhang simple, tama? Binibigyan ka lang nito ng masa. Ngunit hawakan-ang scale na ito ay talagang nagbibigay sa iyo ng timbang at pagkatapos ay isang pagkalkula upang makuha ang masa (ipagpalagay na ikaw ay nasa Earth). Kung gagawin mo ang scale na ito sa Mars, hindi ito magbibigay sa iyo ng wastong masa dahil mayroong ibang gravitational field.

Sa totoo lang, ang scale na ito ay isang bagay na halos kapareho sa pangunahing sukatan ng tagsibol. Sinusukat nito ang lakas na inilapat dito at pagkatapos ay nag-convert sa isang masa.

Rhett Allain

Ngunit sandali! Minsan ito ay hindi nagbibigay sa iyo ng timbang. Paano kung ang scale ay pinabilis UP? Sa kasong iyon, ang net puwersa sa masa ay dapat na isang bagay na iba sa zero. Dapat itong magkaroon ng isang netong pataas na puwersa. Dahil ang puwersa ng gravitational ay hindi nagbabago (maliban kung binago mo ang Earth-mangyaring huwag gawin iyon), ang sukat ng spring ay kailangang mas mahigpit. Maaari mong makita ito sa mabagal na paggalaw.

Rhett Allain

May katulad na bagay na mangyayari kung nakatayo ka sa isang sukat sa isang elevator. Kapag ang elevator ay tumataas, ang iskala ay magpapakita ng mas mataas na halaga-ngunit ang iyong masa ay mananatiling pareho.

Pagsukat ng Mass Gamit ang Inertial Balance

May isa pang paraan upang masukat ang masa-isang paraan na hindi umaasa sa larangan ng gravitational. Nangangahulugan ito na maaari mong gamitin ang balanseng ito sa Earth, o Mars, o kahit na sa malalim na espasyo kung saan ang walang gravity (oo, may gravity sa mababang Earth orbit).

Hayaan mo akong ipakilala sa inertial balance. Mukhang ito.

Rhett Allain

Ang partikular na modelo ay may tray na konektado sa dalawang metal band. Kapag nawala sa gilid, ang mga metal band ay lumikha ng isang pagpapanumbalik na puwersa na humahantong sa isang osilasyon-tulad ng isang masa sa isang spring. Ngunit ano ang mangyayari kung idagdag mo ang KARAGDAGANG masa sa balanse? Sa kasong iyon ang aparato ay may oscillates na may mas mababang dalas. Oo, mayroong isang koneksyon sa pagitan ng oras na kinakailangan upang i-oscillate isang beses (ang panahon ng imbayog) at ang masa sa tray. Ang mas maraming masa na iyong idinadagdag, ang mas mahabang panahon ay kinakailangan upang mag-oscillate.

Ngunit kung paano ito magagamit upang aktwal na masukat ang masa sa halip na lamang sa panonood ng isang bagay na lumipat pabalik-balik para sa kasiyahan (bagaman ito ay masaya na panoorin). Ang unang hakbang ay upang mangolekta ng ilang data. Kailangan kong makita kung paano nagbabago ang panahon ng pag-oililasyon kapag nagdadagdag ako ng mas maraming masa. Makukuha ko ang panahon sa pamamagitan ng paglalagay ng sonic motion detector (ginagamit ko ang isang ito) sa gilid ng balanse. Ito ay pagkatapos ay kunin ang imbayog kilos upang maaari kong masukat ang panahon. Totoo akong nagulat ako kung gaano ito gumagana. Narito ang hitsura ng data.

Rhett Allain

Ito ay hindi masyadong mahirap upang makuha ang oras para sa isang oscillation mula sa ganitong uri ng data. Ngayon kailangan lang kong sukatin ang panahon ng pag-oscillation para sa iba't ibang masa. Kung gusto mo, maaari mo lamang i-plot ang panahon kumpara sa masa-ngunit alam ko na ito ay hindi isang linear function (dahil ito ay isang simpleng maharmonya osileytor). Sa halip, ang parisukat ng panahon ay dapat na proporsyonal sa masa ayon sa modelong ito:

Rhett Allain

Sa ganitong pananalita, ang "T" ay kumakatawan sa panahon ng imbayog at "k" ay ang epektibong spring constant (ang higpit ng tagsibol). Kung ang balangkas ko ng panahon ay katumbas ng masa, dapat itong maging isang tuwid na linya. Kahit na mas mabuti, ang slope ng linyang ito ay dapat na may kaugnayan sa na epektibong spring constant – kung sakaling gusto kong hanapin iyon.

Ngayon para sa aktwal na data. Narito ang aking balangkas ng parisukat ng panahon. Tandaan: Nagplot ako ng masa sa gramo-hindi ko sigurado kung bakit hindi ako gumamit ng kilo.

Ang pinakamagandang linya ay nagbibigay ng isang slope ng 7525.9 g / s2 at isang pagharang ng -836.11 gramo. Ang slope ay nagsasabi sa akin kung paano dapat baguhin ang masa na may pagbabago sa panahon (alam ko na maaaring mukhang pabalik-ngunit may dahilan). Sinasabi sa akin ng intercept ang epektibong masa ng oscillating tray (na nagtataglay ng masa na idinagdag ko).

Ipagpalagay na gusto kong sukatin ang isang hindi kilalang masa. Ko lang ilagay ito sa inertial balanse at mag-atubili ito. Pagkatapos ng pagsukat ng panahon, makikita ko ang halaga ng hindi kilalang masa sa equation na ito.

Rhett Allain

Boom. Ayan yun. Nakuha mo ang masa nang walang gravity na puwersa. Siyempre ang equation na ito ay gumagana lamang para sa balanse INERTISYA ITO. Kung mayroon kang isa sa iyong sarili, kailangan mo munang i-calibrate ito sa ilang mga kilalang masa (tulad ng ginawa ko dito).

Oh, baka gusto mong makita ang video na ito. Ipinapakita nito ang isang aktwal na astronaut na sumusukat sa kanyang timbang sa International Space Station gamit ang isang inertial balance. Ito ay totoo.


Higit pang mga Great WIRED Stories