|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Масса (физ. величина) | Масса (далее М), физическая величина, одна из основных характеристик материи, определяющая ее инерционные и гравитационные свойства. Соответственно различают М (физ. величина) инертную и М (физ. величина) гравитационную (тяжелую, тяготеющую).
Понятие М (физ. величина) было введено в механику И. Ньютоном. В классической механике Ньютона М (физ. величина) входит в определение импульса (количества движения) тела: импульс p пропорционален скорости движения тела v,
p = mv . (1)
Коэффициент пропорциональности — постоянная для данного тела величина m — и есть М (физ. величина) тела. Эквивалентное определение М (физ. величина) получается из уравнения движения классической механики
f = ma . (2)
Здесь М (физ. величина) — коэффициент пропорциональности между действующей на тело силой f и вызываемым ею ускорением тела a. Определенная соотношениями (1) и (2) М (физ. величина) называется инерциальной массой, или инертной массой; она характеризует динамические свойства тела, является мерой инерции тела: при постоянной силе чем больше М (физ. величина) тела, тем меньшее ускорение оно приобретает, то есть тем медленнее меняется состояние его движения (тем больше его инерция).
Действуя на различные тела одной и той же силой и измеряя их ускорения, можно определить отношения М (физ. величина) этих тел: m1 : m2 : m3 ... = a1 : a2 : a3 ...; если одну из М (физ. величина) принять за единицу измерения, можно найти М (физ. величина) остальных тел.
В теории гравитации Ньютона М (физ. величина) выступает в другой форме — как источник поля тяготения. Каждое тело создает поле тяготения, пропорциональное М (физ. величина) тела (и испытывает воздействие поля тяготения, создаваемого другими телами, сила которого также пропорциональна М (физ. величина) тел). Это поле вызывает притяжение любого другого тела к данному телу с силой, определяемой Ньютона законом тяготения:
 , (3)
где r — расстояние между телами, G — универсальная гравитационная постоянная, a m1 и m2 — М (физ. величина) притягивающихся тел. Из формулы (3) легко получить формулу для веса Р тела массы m в поле тяготения Земли:
Р = m · g . (4)
Здесь g = G · M / r2 — ускорение свободного падения в гравитационном поле Земли, а r " R — радиусу Земли. М (физ. величина), определяемая соотношениями (3) и (4), называется гравитационной массой тела.
В принципе ниоткуда не следует, что М (физ. величина), создающая поле тяготения, определяет и инерцию того же тела. Однако опыт показал, что инертная М (физ. величина) и гравитационная М (физ. величина) пропорциональны друг другу (а при обычном выборе единиц измерения численно равны). Этот фундаментальный закон природы называется принципом эквивалентности. Его открытие связано с именем Г. Галилея, установившего, что все тела на Земле падают с одинаковым ускорением. А. Эйнштейн положил этот принцип (им впервые сформулированный) в основу общей теории относительности (см. Тяготение). Экспериментально принцип эквивалентности установлен с очень большой точностью. Впервые (1890—1906) прецизионная проверка равенства инертной и гравитационной М (физ. величина) была произведена Л. Этвешем, который нашел, что М (физ. величина) совпадают с ошибкой ~ 10-8. В 1959—64 американские физики Р. Дикке, Р. Кротков и П. Ролл уменьшили ошибку до 10-11, а в 1971 советские физики В. Б. Брагинский и В. И. Панов — до 10-12.
Принцип эквивалентности позволяет наиболее естественно определять М (физ. величина) тела взвешиванием.
Первоначально М (физ. величина) рассматривалась (например, Ньютоном) как мера количества вещества. Такое определение имеет ясный смысл только для сравнения однородных тел, построенных из одного материала. Оно подчеркивает аддитивность М (физ. величина) — М (физ. величина) тела равна сумме М (физ. величина) его частей. М (физ. величина) однородного тела пропорциональна его объему, поэтому можно ввести понятие плотности — М (физ. величина) единицы объема тела.
В классической физике считалось, что М (физ. величина) тела не изменяется ни в каких процессах. Этому соответствовал закон сохранения М (физ. величина) (вещества), открытый М (физ. величина) В. Ломоносовым и А. Л. Лавуазье. В частности, этот закон утверждал, что в любой реакции сумма М (физ. величина) исходных компонентов равна сумме М (физ. величина) конечных компонентов.
Понятие М (физ. величина) приобрело более глубокий смысл в механике спец. теории относительности А. Эйнштейна (см. Относительности теория), рассматривающей движение тел (или частиц) с очень большими скоростями — сравнимыми со скоростью света с " 3×1010 см/сек. В новой механике — она называется релятивистской механикой — связь между импульсом и скоростью частицы дается соотношением:
 (5)
При малых скоростях (v << с) это соотношение переходит в Ньютоново соотношение р = mv. Поэтому величину m0 называют массой покоя, а М (физ. величина) движущейся частицы m определяют как зависящий от скорости коэфф. пропорциональности между р и v:
 (6)
Имея в виду, в частности, эту формулу, говорят, что М (физ. величина) частицы (тела) растет с увеличением ее скорости. Такое релятивистское возрастание М (физ. величина) частицы по мере повышения ее скорости необходимо учитывать при конструировании ускорителей заряженных частиц высоких энергий. М (физ. величина) покоя m0 (М (физ. величина) в системе отсчета, связанной с частицей) является важнейшей внутренней характеристикой частицы. Все элементарные частицы обладают строго определенными значениями m0, присущими данному сорту частиц.
Следует отметить, что в релятивистской механике определение М (физ. величина) из уравнения движения (2) не эквивалентно определению М (физ. величина) как коэффициент пропорциональности между импульсом и скоростью частицы, так как ускорение перестает быть параллельным вызвавшей его силе и М (физ. величина) получается зависящей от направления скорости частицы.
Согласно теории относительности, М (физ. величина) частицы m связана с ее энергией Е соотношением:
 (7)
М (физ. величина) покоя определяет внутреннюю энергию частицы — так называемую энергию покоя Е0 = m0c2. Таким образом, с М (физ. величина) всегда связана энергия (и наоборот). Поэтому не существует по отдельности (как в классической физике) закона сохранения М (физ. величина) и закона сохранения энергии — они слиты в единый закон сохранения полной (то есть включающей энергию покоя частиц) энергии. Приближенное разделение на закон сохранения энергии и закон сохранения М (физ. величина) возможно лишь в классической физике, когда скорости частиц малы (v << с) и не происходят процессы превращения частиц.
В релятивистской механике М (физ. величина) не является аддитивной характеристикой тела. Когда две частицы соединяются, образуя одно составное устойчивое состояние, то при этом выделяется избыток энергии (равный энергии связи) DЕ, который соответствует М (физ. величина) Dm = DЕ/с2. Поэтому М (физ. величина) составной частицы меньше суммы М (физ. величина) образующих его частиц на величину DЕ/с2 (так называемый дефект масс). Этот эффект проявляется особенно сильно в ядерных реакциях. Например, М (физ. величина) дейтрона (d) меньше суммы М (физ. величина) протона (p) и нейтрона (n); дефект М (физ. величина) Dm связан с энергией Еg гамма-кванта (g), рождающегося при образовании дейтрона: p + n ® d + g, Еg = Dm · c2. Дефект М (физ. величина), возникающий при образовании составной частицы, отражает органическую связь М (физ. величина) и энергии.
Единицей М (физ. величина) в СГС системе единиц служит грамм, а в Международной системе единиц СИ — килограмм. М (физ. величина) и молекул обычно измеряется в атомных единицах массы. М (физ. величина) элементарных частиц принято выражать либо в единицах М (физ. величина) электрона me, либо в энергетических единицах, указывая энергию покоя соответствующей частицы. Так, М (физ. величина) электрона составляет 0,511 Мэв, М (физ. величина) протона — 1836,1 me, или 938,2 Мэв и т. д.
Природа М (физ. величина) — одна из важнейших нерешенных задач современной физики. Принято считать, что М (физ. величина) элементарной частицы определяется полями, которые с ней связаны (электромагнитным, ядерным и другими). Однако количественная теория М (физ. величина) еще не создана. Не существует также теории, объясняющей, почему М (физ. величина) элементарных частиц образуют дискретный спектр значений, и тем более позволяющей определить этот спектр.
В астрофизике М (физ. величина) тела, создающего гравитационное поле, определяет так называемый гравитационный радиус тела Rгр = 2GM/c2. Вследствие гравитационного притяжения никакое излучение, в том числе световое, не может выйти наружу, за поверхность тела с радиусом R £ Rгр. Звезды таких размеров будут невидимы; поэтому их назвали "черными дырами". Такие небесные тела должны играть важную роль во Вселенной.
Лит.: Джеммер М (физ. величина), Понятие массы в классической и современной физике, перевод с английского, М (физ. величина), 1967; Хайкин С. Э., физические основы механики, М (физ. величина), 1963; Элементарный учебник физики, под редакцией Г. С. Ландсберга, 7 изд., т. 1, М (физ. величина), 1971.
Я. А. Смородинский. |
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
