III.4. Измерение механических величин

Первое научное толкование массы как количества вещества дано Ньютоном. ?????? «плотность- масса» - «масса – плотность»

Всякое тело оказывает сопротивление при попытках привести его в движение или изменить величину или направление его скорости, Это свойство тел называется инертностью. У разных тел оно проявляется в разной степени. Так, сообщить одно и то же ускорение большому камню значительно труднее, чем маленькому мячику. Мера инертности тела и называется массой.

Для точного количественного определения массы введем понятие изолированной или замкнутой системы. Так называют систему тел, настолько удаленных от всех остальных тел, что они практически не оказывают никакого действия на рассматриваемую систему. Тела системы могут взаимодействовать только между собой.

Рассмотрим теперь изолированную систему, состоящую из двух материальных точек. Скорости точек должны быть малы по сравнению со скоростью света. В результате взаимодействия материальных точек их скорости меняются. Пусть v₁ - скорость точки 1, v₂ - скорость точки 2, а Dv₁ и Dv₂ - приращения этих скоростей за один и тот же промежуток времени Dt. Величины Dv₁ и Dv₂ имеют противоположные направления и связаны между собой соотношением

m₁ Dv₁ = - m₂ Dv₂, (4)

где величины m₁ и m₂ постоянны, имеют одинаковые знаки и совершенно не зависят от характера взаимодействия между материальными точками 1 и 2. Например, взаимодействие может происходить путем столкновения материальных точек между собой. Его можно осуществить, сообщив точкам электрические заряды или поместив между ними маленькую пружинку и т.д. Продолжительность времени можно менять произвольным образом. Векторы скорости при этом будут меняться. Однако коэффициенты, а точнее, их отношение, останутся одними и теми же. Эти результаты надо рассматривать как опытные факты, подтвержденные бесчисленным множеством примеров. То есть, коэффициенты m₁ и m₂ являются некоторыми характеристиками самих материальных точек системы. Их называют массами или, точнее, инертными массами материальных точек 1 и 2.

Таким образом, отношение масс двух материальных точек равно взятому с противоположным знаком отношению приращений скоростей этих точек в результате взаимодействия между ними. При этом предполагается, что рассматриваемые точки образуют изолированную систему и движутся с нерелятивистскими скоростями.

Чтобы от отношения масс перейти к самим массам, надо условиться массу какого-либо определенного тела считать равной единице. Такое тело называется эталоном массы. Тогда массы всех остальных тел определятся однозначно. В частности, все они окажутся положительными, так как знаки всех масс одинаковы, а масса эталонного тела положительна.

В физике в качестве основной единицы массы принят килограмм. Килограмм есть масса эталонной гири из сплава иридия с платиной, хранящейся в Севре (Франция) в Международном бюро мер и весов. Приближенно килограмм равен массе кубического дециметра чистой воды при температуре 4^оС. Тысячная доля килограмма называется граммом. В отличие от длины и времени, для которых установлены естественные единицы, единица массы определена, таким образом, как масса некоторого случайно выбранного тела. Но и для массы было бы лучше установить естественную единицу. Например, можно было бы основным эталоном массы считать массу какой-либо элементарной частицы, например, протона.