Чем масса отличается от веса: объясняем на Луне, в лифте и космосе

Что такое масса, или Почему гиря всегда остаётся гирей

Масса — это фундаментальная характеристика объекта, скалярная величина. Проще говоря, у неё нет направления, только величина. Она показывает, сколько в теле «материала» и как сильно оно сопротивляется попыткам его разогнать или остановить. Чем больше «начинки» — тем больше масса. Она есть у всего, что мы можем потрогать, и у большинства элементарных частиц.

Учёные любят уточнять и делят массу на два типа:

• Инертная масса — это мера «упрямства» тела. Она фигурирует во втором законе Ньютона. Если одна и та же сила одинаково разгоняет слона и мячик (в идеальном мире, конечно), значит, их инертные массы равны.
• Гравитационная масса — определяет, как сильно тело притягивается к Земле (или создаёт своё гравитационное поле). Это уже из закона всемирного тяготения.

Самое важное: масса — константа. Ваша 5-килограммовая гантеля будет весить 5 кг и на Земле, и на Марсе, и в глубинах космоса. Она от этого не станет легче или тяжелее как объект.

А что тогда вес? Сила, которая меняется

Вот тут начинается самое интересное. Вес — это сила. Да-да, векторная величина, у которой есть направление (обычно — вниз, к центру планеты). И измеряется он не в килограммах, а в ньютонах.

Вес — это сила, с которой вы давите на пол, а книга — на стол. Он зависит не только от вашей массы, но и от гравитации вокруг. Связывает их простая, но великая формула: P = mg (вес = масса × ускорение свободного падения).

И вот загвоздка: ускорение свободного падения (g) — величина непостоянная. На Земле оно чуть разное на экваторе и на полюсах, в горах и в долине. Поэтому, технически, ваш вес может немного меняться, просто переезжая в другой город! Но это цветочки по сравнению с другими мирами.

На Луне g всего 1,62 м/с² против земных 9,81 м/с². Так что, при той же массе, ваш вес там уменьшится примерно в шесть раз. Представляете, как легко было бы там передвигать мебель? А вот на Юпитере (g ≈ 24,79 м/с²) ту же тумбочку вы бы не сдвинули с места — ваш вес увеличился бы в два с половиной раза. Вывод: выбирайте планету для переезда с умом.

Когда вес исчезает и когда увеличивается

Невесомость — это лучшая иллюстрация разрыва между массой и весом. Масса никуда не девается, а вес может обнулиться.

Невесомость — состояние, когда тело не давит на опору. Космонавт массой 80 кг на Земле весит около 785 ньютонов. На орбите, в состоянии свободного падения, его масса всё те же 80 кг, а вес — ноль. Он парит, потому что перестал давить на пол станции.

Чтобы почувствовать нечто подобное, не обязательно лететь в космос. Достаточно прокатиться на американских горках или резко поехать вниз на скоростном лифте. На несколько секунд вы ощутите ту самую микрогравитацию — ваше давление на пол ослабнет.

А бывает и наоборот — перегрузка, когда вес становится больше. Это происходит, если опора ускоряется вверх (при взлёте ракеты или резком наборе высоты на самолёте). Тело с той же массой начинает с большей силой вдавливаться в кресло. Лётчики и космонавты тренируются выдерживать такие состояния.

Вот и вся разница. Теоретически, на рынке следовало бы просить: «Взвесьте, пожалуйста, силу в 9,8 ньютона, эквивалентную килограмму помидоров». Звучит дико, правда? Так что давайте оставим эту физкультуру учёным, а в быту продолжим говорить «взвесьте» — все всё равно поймут.