Masse
Masse er ein grunnstørrelse, og blir som standard målt i enheten kg (kilogram). Ofte bruker vi bokstaven m, eller stor bokstav M for masse. Når det er fleire gjenstandar bruker vi ofte også indeksar.
Masse er eit av dei mest sentrale begrepa i mekanikken, og er nært knytta til Newtons lover og begrepet kraft. Det kan vera litt forvirrande i begynnelsen, så her må vi ha tunga beint i munnen. For det første må vi (som oftast) gjera eit skarpt skille mellom korleis vi bruker ordet i dagligtalen og i fysikken. I dagligtalen betyr masse stoffmengde eller volum. Hvis du skal byggja hus må du kanskje først grava ut tomten og fjerna ein god del "masse". Men i fysikken har det ein annan betydning.
Masse er eit mål for treghet.
Den viktigaste betydningen er at masse er eit mål for treghet. Newtons andre lov seier at N = ma, der m er massen. Det vil sei at jo større masse m ein gjenstand har, jo større kraft F trengs det for å gje den ein bestemt akselerasjon a. For eksempel vil ein bil som er fullasta med folk og bagasje akselerera merkbart tregare enn når den bare har sjåføren å dra på. Tilsvarande vil ein liten ball vera mykje lettare å kasta enn ei tung kule.
Figur 1: Bilen har her 400kg ekstra å dra på, og derfor tar det lengre tid å komma i fart enn uten. NB! Det er også vanskeligare å bremsa ned!
Masse gir tyngde
Masse til ein gjenstand er knytta til tyngden G gjennom likninga G = mg, der g er tyngdeakselerasjonen, og har verdien omtrent 9.8 m/s2 på jorda. Det betyr at jo større masse ein gjenstand har, jo tyngre er den. Men igjen må vi skilja mellom dagligtale og fysikkens begrep. Ein kan ofte høyra at ein pakke feks. "veg" 5 kg. Strengt talt bør vi enten sei at massen er 5 kg eller så bør vi rekna om til tyngde og sei at tyngden G = 5kg * 9.8 m/s2 = 49 N (Newton). Men her slurvar ofte også fysikarar!
Tyngden kan vi måla ved hjelp av ein kraftmålar som feks ei fjørvekt som denne:
Men vent litt! Når vi går opp på ei badevekt eller måler massen i eit labforsøk ved ei elektronisk vekt, så får vi jo ut antal kg? Det er riktig. Det vi egentlig måler med disse vektene er jo nettopp vekt. Men vekta antar at vi befinn oss på jorda, og reknar om til kg. Ei slik vekt ville vist feil på månen.
Masse er ein indre egenskap
Men tyngde og masse er vesensforskjellige størrelsar, fordi massen til ein gjenstand er konstant, mens tyngden endrar seg etter kor vi er. På jorda har vår 5kg-pakke tyngden 49N, men på månen vil den vera lettare. Månen har ein tyngdeakselerasjon på omtrent gm = 1.6 m/s². Det vil sei at pakken der bare veg omtrent 8 N. Men den vil ha same masse. Vi kan måla massen ved hjelp av ei skålvekt eller balansevekt der vi feks kan ha pakken på i den eine skåla og 5 kilolodd i den andre. Strengt talt samaliknar vi då tyngder, men sidan g vil vera lik på begge sider, så vil ei slik skålvekt balansera både på jorda og på månen, mens ein kraftmålar vil visa ulik tyngde.
Sidan masse er ein indre egenskap for ein bestemt gjenstand, så kan vi
berekna massetettheten ρ til ulike stoff vha. formelen ρ = m/V, der m er
massen til ein gjenstand, og V er volumet. Dette er ein (tilnærma)
stoffkonstant. Den vanlige enheten blir kilo per kubikkmeter kg/m3.
Eksempelvis har vatn ein tetthet på ganske nær 1000 kg/m3 ved 0
grader celcius, mens is har ca. 917 kg/m3 ved same temperatur.
Og det er grunnen til at is flyt. Sjå oppdrift.
Masseenergi
Vi sa over at massen er konstant. Men er den egentlig det? Massen til ein gjenstand er knytta til energien E gjennom Einsteins berømte formel E = m · c2, der c er lysfarten i tomt rom (3·108 m/s). Dette får vi bruk for i kjernefysikk, der det viser seg at den totale massen i ein kjernereaksjon ikkje er bevart. Så når Uran-238 deler seg og blir til Thorium-234 + ein alfapartikkel (He-4-kjerne) så forsvinn det masse! Denne massen går over til energi. Les meir om Masseenergi og massesvinn.