Вес и масса. И Луна.

Эти слова – «вес» и, особенно, «масса», будут встречаться нам часто, поэтому я хочу сразу пояснить – в чем между ними разница.

Сначала скажу коротко, а потом поясню: вес – это сила, с которой тело давит на опору, а масса – это мера инерционности вещества, то есть мера способности тела оказывать сопротивление влияющей на него силе. Пока не очень понятно? Сейчас будет понятно.

Материальные тела притягиваются друг к другу – не в силу симпатии (хотя – кто знает?), а просто потому, что они – материальные. Любой кусочек материи притягивается к любому другому кусочку во всей Вселенной. Но сила притяжения убывает пропорционально квадрату расстояния между ними, поэтому притяжение Марса или Альфы Центавра не влияют на нашу жизнь, а вот притяжение Земли – очень даже влияет. Земля – тяжелая зверюга, и притягивает она нас к себе сильно. Если кубометр воды поместить на весы, мы выясним, что весы покажут примерно тонну, то есть на Земле (!) кубометр воды весит тонну. А на Луне?

Через несколько лет начнется строительство первой мордобазы на Луне, а с водой там пока что не очень. Раньше, как сейчас помню, вода на Луне была и в больших количествах – на ранних этапах ее существования. Затем она испарилась, но не вся – примерно 5% скорее всего осталось. Много это или мало? Удалось выяснить, что на ранних этапах существования Луны из ее недр на поверхность поступали огромные количества воды, в присутствии которой образовались очень необычные химические вещества, так что 5% - это много, нам хватит – надо только хорошенько покопать, а пока что можно рассчитывать на возможность присутствия на Луне водяного льда, который занесен туда кометами, и валяется в тени лунных кратеров в районе северного полюса.

И все же первую воду придется брать с собой. Решим простую задачу: я загрузил в космолет тонну воды и постарался отправить ее туда первым же космолетом – просто из целей экономии, так как следующий космолет отправляется только через год, а за этот год среднее расстояние Луны от Земли увеличится на 4 сантиметра – и так каждый год. Правда, с увеличением расстояния между Землей и Луной скорость удаления Луны уменьшается.

На Луне принимающие посылку ежи получили вместо тонны лишь сто шестьдесят килограмм. Вопрос – кто выпил воду? Ответ – никто, вся вода получена полностью, но масса Луны – лишь 0,0123 от земной – чуть больше процента, и значит притягивает она предметы намного слабее Земли. Поэтому, когда полученную воду положили на весы на Луне, оказалось, что ее вес уменьшился в 6 раз.

«Ускорение свободного падения» - это такое ускорение, которое возникает под действием притяжения планеты. Для Земли оно равно в среднем 9,8 м/с² и обозначается буквой «g». «Лунное g» равно 1,62 м/с²

Для того, чтобы загрузить воду в космолет, мне сначала надо дотолкать ее до космодрома. Я подхожу к своей тонне, налегаю на нее всем телом, стараюсь изо всех сил столкнуть ее с места (она загружена на платформу на колесах, и трением можно пренебречь), но… результат слабый. Тогда я приделываю к платформе моторчик, и дело пошло – удалось не только столкнуть платформу с места, но и разогнать ее до скорости, скажем, один метр в секунду. При этом мой моторчик сожрал один литр бензина.

На Луне проблемы обратные – как бы от космодрома дотолкать до мордобазы цистерну с водой, которая весит, напоминаю, 160 килограмм? Ха, так ведь 160 килограмм – это в шесть раз меньше тонны, значит можно и без моторчиков – ррраз, и готово. И ничего подобного. Ежи не учли, что тонна – это ВЕС, а не масса, и 150 килограмм – это тоже ВЕС, а не масса. В итоге применили тот же самый моторчик, и он разогнал платформу с цистерной до той же скорости, и – что особенно важно – был потрачен тот же самый литр бензина – не больше, и не меньше. Это и означает – хотя цистерна стала весить в шесть раз меньше, количество заключенного в ней вещества не изменилось, ее инерционность не изменилась, и мы говорим – «масса» не изменилась.

Кстати, во время перелета на Луну капитан космолета испытал радостное желание лететь на Марс, поэтому воду перегрузили на другой космолет. Для этого цистерну выбросили в открытый космос. Некоторый шутник решил подставить под нее весы – но что толку? В космосе веса нет вообще, поэтому и слово такое – «невесомость». Поэтому хоть приложи ты весы к низу, хоть к верху, хоть к боку цистерны – результат один – на весы цистерна не давит, вес равен нулю. А чтобы дотолкать цистерну в открытом космосе от одного космолета до другого… думаю, ты уже догадался – потребовался все тот же моторчик, который разогнал цистерну до той же скорости, потратив на это ровно столько же бензина. Потому что масса цистерны – мера ее инерционности – одна и та же.

Мы измеряем массу в килограммах, и вес тоже в килограммах. Это и вносит путаницу, но для решения бытовых вопросов нам так удобно - мы же не перелетаем с планеты на планету, и сила гравитационного притяжения Земли в любой точке Земли почти одинакова. Почти, но не совсем одинакова, потому что Земля сплюснута у полюсов, так что если ты переместишь некий груз с полюса на экватор, то тоже потеряешь часть веса. Эта потеря веса усилится еще и другим эффектом: вздутие земного шара у экватора приводит к тому, что за счет повышенной центробежной силы все тела там весят немного меньше, чем у полюсов.