Когда-то, вплоть до середины прошлого века, и в технике, и в быту широко использовалась техническая система единиц, в которой сила измерялась в килограммах, а масса – в «технических единицах массы». И хотя от этой системы единиц давно отказались, привычка измерять силу в килограммах настолько укоренилась, что пришлось изменить название этой единицы. Чтобы не путать с единицей массы в СИ (1 кг), единицу силы в технической системе назвали «килограммом силы» (1 кгс). Тем не менее, путаницы избежать не удалось, и многие люди, далекие от физики, не различают понятия килограмм силы и килограмм массы.
По-видимому вследствие этого возникла также путаница в таких принципиально различных понятиях как масса тела и его вес. Эта путаница проникла даже в образовательные программы, и наших детей учат формировать представление о весе тел на основе «непосредственного сравнения предметов по массе», что неправильно научно и методически.
Напомню еще раз физический смысл рассматриваемых понятий.
Масса инертная – мера инертности тел. Инертная масса характеризует способность тела сохранять свое состояние покоя или поступательного прямолинейного движения.
Масса гравитационная – мера гравитационных свойств тел. Гравитационная масса характеризует способность тела притягивать другие тела в результате гравитационного взаимодействия.
В нашей Вселенной инертная и гравитационная масса любого тела пропорциональны друг другу. Системы физических единиц разработаны так, что во всех используемых системах инертная масса и гравитационная масса любого тела друг другу равны. Поэтому там, где в этом нет необходимости, обычно говорят просто о массе тела, не уточняя, о какой именно массе идет речь – инертной или гравитационной.
Вес тела – сила, с которой тело давит на горизонтальную опору в поле тяжести. Под горизонтальной опорой понимается плоская поверхность, расположенная по нормали к силовым линиям поля сил тяжести.
Вес тела зависит не только от его массы, но и от среды, в которой тело находится, от положения тела в пространстве, от характера движения тела. Масса тела в классической механике не зависит ни от каких обстоятельств и всегда одна и та же у данного тела, где бы тело ни находилось и как бы оно ни двигалось.
Масса тела (в классической механике) является его первичной характеристикой. Нет никаких способов непосредственного измерения массы. Для измерения масс тел принят эталон массы, который хранится в Международной палате мер и весов. Массы других тел определяются косвенными способами на основе сравнения с эталоном. Например, можно сравнивать вес тела с весом эталона с помощью рычажных весов. Поэтому в формулировке «формирование понятий «тяжелее-легче» на основе непосредственного сравнения предметов по массе» всё поставлено с ног на голову. Нет никаких способов «непосредственного сравнения тел по массе». Напротив, в определенных условиях мы можем сравнивать массы тел по их весу, а не наоборот.
Различие понятий «масса» и «вес» можно проиллюстрировать следующими примерами. Вес тела, свободно плавающего в воде, равен нулю, какой бы ни была его масса. Вес тела массой m, свободно падающего с ускорением g в гравитационном поле Земли, также равен нулю, несмотря на то, что на него действует сила тяжести, равная mg. По этой же причине наблюдается невесомость на орбитальной космической станции, хотя и она сама, и все тела на ней притягиваются к Земле гравитационными силами, которые мало отличаются от тех, которые действуют на поверхности Земли. Невесомость обусловлена вовсе не отсутствием, как некоторые думают, силы тяжести, а именно тем, что космическая станция находится в непрерывном свободном падении на Землю. При этом массы тел на космической станции вовсе не равны нулю, а такие же, как и на Земле.
Приведенные примеры показывают, насколько далеки друг от друга понятия масса и вес тела. Они просто характеризуют совершенно разные способности тел. Но, как показывает многолетний опыт вузовского преподавания, в умах многих людей эти два понятия прочно соединены в одно целое, и обусловлено это неправильным обучением детей в раннем возрасте.
Прочитав один их комментариев, сделал в Яндексе запрос: «формирование понятий «тяжелее-легче» на основе непосредственного сравнения предметов по массе». Полученные результаты ужаснули. Оказывается, в отечественной дошкольной педагогике смешение таких различных понятий как масса и вес тела – не частные случаи, а система. Поэтому не стоит удивляться тому, что так трудно доходят до студентов некоторые, казалось бы, элементарные физические представления! То, что заучено в раннем возрасте, остается в памяти человека навсегда. И переучить его впоследствии крайне трудно, а в ряде случаев – невозможно.
Комментарии