Маса. Імпульс

Інертність – найбільш загальна властивість усіх матеріальних об'єктів, яка проявляється у динамічних процесах, тобто при взаємодіях з іншими тілами. Тіла проявляють інертність у різній мірі. Наприклад, зупинити більярдну кулю важче, ніж тенісний м'ячик, що рухається з такою самою швидкістю.

Міру інертності тіла називають масою. У механіку поняття маси ввів І. Ньютон для означення імпульсу тіла. Імпульс – вектор , пропорційний швидкості вільного руху тіла

,

де коефіцієнт пропорційності – стала для даного тіла величина, вона називається маса тіла. Введену таким чином масу називають інертною. Маса – величина скалярна і завжди має додатний знак.

Масу (інертність) різних тіл можна порівнювати з їхньої взаємодії. Спочатку з'ясуємо поняття ізольованої системи. Це така система тіл, на які не діють інші тіла, зовнішні по відношенню по тіл системи. Тіла ізольованої системи можуть взаємодіяти тільки між собою.

Розглянемо ізольовану систему, що складається із двох тіл масами і , які можна вважати матеріальними точками (рис. 2.1). Нехай між тілами знаходиться стиснена легка пружина. Пружина однаково діє на обидві матеріальні точки. Після взаємодії швидкості точок змінюються на величину . Змінюються також їхні імпульси

, .

Пружина однаково діє на обидві матеріальні точки, і вектори зміни швидкості та зміни імпульсів мають протилежні напрями та пов'язані між собою співвідношенням

.

Поділимо це рівняння на і після переходу до границі при отримаємо в скалярній формі

,

де і – прискорення матеріальних точок у даний момент часу.

Із останнього співвідношення випливає спосіб порівняння мас: при взаємодії двох тіл їхні маси обернено пропорційні прискоренням. Оскільки інертність тіла залежить тільки від самого тіла, то маси і не залежать від характеру взаємодії між тілами. Цей висновок підтверджується численними дослідами. Із двох взаємодіючих тіл те тіло інертніше, яке внаслідок взаємодії менше змінює свою швидкість. Інертніше тіло і є тілом з більшою масою. Якщо певне тіло вибрати за еталон, маса якого дорівнює одиниці, то можна однозначно визначити масу будь-якого іншого тіла: маса тіла дорівнює відношенню модуля прискорення еталона маси до модуля прискорення тіла при їхній взаємодії.

За одиницю маси в СІ прийнято кілограм (кг). Кілограм – це одиниця маси, що дорівнює масі міжнародного прототипу кілограма. Еталон кілограма зберігається у Міжнародному бюро мір і ваги у Франції.

Маса тіла, яка міститься в одиниці об'єму, називається її густиною

.

Одиницею густини в СІ є кілограм на кубічний метр (кг/м³).

Таким чином, маса – фізична величина, яка кількісно виражає фундаментальну властивість матерії – інертність. У класичній механіці вводять наближені припущення, які узгоджуються з експериментом:

1) маса тіла є його властивістю, яка не залежить ні від стану руху тіла, ні від його взаємодії з іншими тілами;

2) загальна маса системи тіл дорівнює сумі мас тіл, з яких складається
система.

Маса фігурує також у законі всесвітнього тяжіння як характеристика гравітаційних властивостей тіл. Цю властивість тіл притягувати одне одного характеризують гравітаційною масою. Перевірки показали, що інертна і гравітаційна маси співпадають з великою точністю. Тому в фізиці просто говорять про масу тіла, і під цим розуміють фізичну величину, яка є мірою інертних та гравітаційних властивостей матерії.