Номер 2, страница 100, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 3. Движение, взаимодействие, масса. Параграф 27. Взаимодействие тел и масса. Вопросы и задания - номер 2, страница 100.

Условие.

2. Какие способы определения массы вы знаете?

Решение.

Существует несколько способов определения массы тела, основанных на различных физических принципах.

1. Прямое взвешивание на рычажных весах

Этот способ основан на сравнении массы измеряемого тела с массой эталонов (гирь). На одну чашу весов помещают тело, а на другую — гири до тех пор, пока весы не придут в равновесие. В состоянии равновесия моменты сил, создаваемые телом и гирями, равны. Если плечи весов равны, то масса тела равна суммарной массе гирь, уравновесивших его. Этот метод измеряет гравитационную массу, но поскольку ускорение свободного падения $\text{g}$ действует одинаково на обе чаши, происходит прямое сравнение масс: $m_{тела} = m_{гирь}$.

Ответ: Масса определяется путем прямого сравнения с эталонными массами (гирями) при помощи рычажных весов.

2. Измерение при помощи пружинных весов (динамометра)

Данный метод является косвенным. Пружинные весы измеряют не массу, а вес тела — силу $\text{P}$, с которой тело действует на опору или подвес вследствие гравитационного притяжения. Вес связан с массой через ускорение свободного падения $\text{g}$ формулой $P = mg$. Зная вес и местное значение $\text{g}$, можно вычислить массу: $m = P/g$. Шкала бытовых пружинных весов обычно сразу проградуирована в единицах массы (килограммах) в предположении стандартного значения $g \approx 9.8 \, м/с^2$.

Ответ: Масса вычисляется на основе измеренной силы тяжести (веса) тела путем деления ее на ускорение свободного падения.

3. Расчетный метод через плотность и объем

Если известны объем тела $\text{V}$ и плотность вещества $\rho$, из которого оно состоит, массу можно вычислить по формуле: $m = \rho \cdot V$. Объем тела правильной геометрической формы можно рассчитать по математическим формулам. Объем тела неправильной формы можно измерить, например, с помощью мензурки, определив объем вытесненной им жидкости. Плотность вещества является его известной физической характеристикой.

Ответ: Масса рассчитывается как произведение плотности вещества тела на его объем.

4. Инерционный метод (на основе второго закона Ньютона)

Этот метод позволяет определить инертную массу тела. Согласно второму закону Ньютона, масса является мерой инертности тела, то есть его способности сопротивляться изменению скорости под действием силы. Массу можно найти как отношение модуля равнодействующей силы $\text{F}$, приложенной к телу, к модулю ускорения $\text{a}$, которое эта сила сообщает телу: $m = F/a$. Для этого необходимо измерить силу, действующую на тело, и вызванное ею ускорение. Этот способ не зависит от силы тяжести и может применяться, например, в условиях невесомости.

Ответ: Инертная масса определяется как отношение силы, действующей на тело, к ускорению, сообщаемому этой силой.

5. Гравитационный метод (на основе закона всемирного тяготения)

Этот метод используется в основном в астрономии для определения масс планет, звезд и других небесных тел. Согласно закону всемирного тяготения, сила притяжения $\text{F}$ между двумя телами с массами $\text{M}$ и $\text{m}$ на расстоянии $\text{r}$ друг от друга равна $F = G \frac{M m}{r^2}$, где $\text{G}$ — гравитационная постоянная. Если известна масса одного тела ($\text{M}$), расстояние между телами ($\text{r}$) и измерена сила их гравитационного взаимодействия ($\text{F}$), то можно вычислить массу второго тела: $m = \frac{F \cdot r^2}{G \cdot M}$.

Ответ: Гравитационная масса определяется на основе измерения силы гравитационного взаимодействия тела с другим телом известной массы.

6. Масс-спектрометрия

Это высокоточный аналитический метод, используемый для определения масс атомов и молекул. В масс-спектрометре вещество ионизируется, полученные ионы ускоряются электрическим полем и затем отклоняются в магнитном поле. Радиус траектории иона зависит от его отношения массы к заряду ($m/q$). Измеряя параметры полей и траекторию ионов, можно с высокой точностью определить их массу.

Ответ: Масса атомов и молекул определяется по траектории их ионов, движущихся в электрическом и магнитном полях.