§ 49. Инертные свойства тел. Масса

Обратимся теперь к третьему экспериментальному факту (§ 43), который говорит, что при заданных внешних воздействиях ускорения зависят от собственных свойств движущегося тела. Эти свойства мы назвали инертными свойствами.

Величина, количественно определяющая инертные свойства тела, называется массой тела.

Массу тела принято обозначать большой буквой или маленькой Ее, так же как и силу, можно измерять разными способами. Мы рассмотрим наиболее удобный и наиболее распространенный способ определения массы — взвешивание тел. Этот способ основан на применении закона Галилея (шестой экспериментальный факт) и на том, что масса определяет не только инертные, но и гравитационные свойства тел.

Возьмем два тела, сделанные из одного и того же материала (дерева, железа, алюминия и т. д.). Пусть одно из них в два раза больше другого (рис. 2.30). Проведем с этими телами два опыта.

Опыт 1. Будем действовать на каждое из тел по очереди какой-либо постоянной силой При этом у тел возникнут разные ускорения. Измерения покажут, что ускорение первого тела будет в два раза меньше, чем ускорение второго

Рис. 2.30.

Рис. 2.31.

Это означает, что тела обладают разной инертностью — разными массами. Масса первого тела будет больше, чем масса второго тела

2. Предоставим телам возможность свободно падать. По закону Галилея эти разные по инертным свойствам тела будут падать на Землю с одним и тем же ускорением (рис. 2.31).

Мы уже знаем, что ускорения в свободном падении тела приобретают под действием сил тяжести Эти силы мы можем измерить. Они окажутся разными:

Итак, первый опыт показал, что масса первого тела больше, чем масса второго. Измерения сил показали, что на первое тело действует большая сила тяжести Второй опыт говорит, что первое тело большей массы под действием большей силы приобретает такое же ускорение как и второе тело с меньшей массой. А это может быть только в том случае, если сила тяжести, действующая на тело, пропорциональна массе этого тела, т. е. должно быть Реют.

Или иначе: для любых двух тел отношение сил тяжести должно быть равно отношению их масс:

Это дает нам право определить массы путем сравнения сил тяжести, действующих на тела, и позволяет установить единицу массы.

Раз и навсегда условились единицей массы считать массу специально изготовленной гири-эталона, хранящейся в Париже. Эта единица получила название килограмм и является одной из основных единиц системы

В системе СГС за единицу массы приняли грамм который составляет 1/1000 часть массы этой же эталонной гири.

Чтобы определить массу любого другого тела, измеряют путем взвешивания действующую на него силу тяжести и сравнивают эту силу с силой тяжести, действующей на "эталонную гирю в той же точке земной поверхности. Отношение сил тяжести принимается равным отношению массы данного тела к массе эталонной гири.

Отметим еще одно обстоятельство. Принятый нами способ измерения масс позволяет не только определить массу любого тела, но и выяснить одно важное свойство масс. Допустим, что имеется несколько тел с массами Скрепим эти тела между собой так, чтобы они составили одно сложное тело. Какова будет масса этого сложного тела? Прямое измерение массы путем взвешивания позволяет сразу установить, что

Это означает, что массы тел складываются как независимые величины 1).