Измерения и меры

ЕЩЁ РАЗ О КИЛОГРАММЕ

Как уже упоминалось, Международная метрическая комиссия признала килограмм единицей веса. Но давайте вспомним, что же такое вес.

Обычно считается, что если, например, вес гири равен одному килограмму, то она везде будет весить именно столько, ни больше, ни меньше. Такое представление, однако, ошибочно. Чтобы убедиться в этом, нужно знать, за счёт чего возникает вес. Если приподнять над землёй какой-нибудь предмет и затем отпустить его, то он неизбежно упадёт. Какая же сила заставляет тела падать? Эта сила — притяжение Земли.

Притягивают друг друга и все остальные тела на Земле, но притяжение это настолько ничтожно, что мы его попросту не замечаем.

А задумывались ли вы над тем, почему Земля неотступно вращается вокруг Солнца, Луна вокруг Земли и т. д.? Раскрутите камень на верёвочке, а после разожмите руку — камень улетит прочь. То же случилось бы и с Землёй, если бы её не удерживала своего рода «верёвочка» — притяжение Солнца.

Небесные тела движутся по строго определённым путям, словно поезда по рельсам. Это результат взаимного притяжения светил.

Таким образом, притяжение тел — всеобщий закон природы. Он был открыт Ньютоном и получил название закона всемирного тяготения. Притяжение Земли — одно из проявлений этого закона.

Сила, с которой тело притягивается к Земле, и называется его весом. Эта сила всегда направлена к центру Земли. Она тем больше, чем больше масса тела (то есть чем больше тело содержит вещества) и чем меньше расстояние от этого тела до центра земного шара (рис. 26). По мере удаления от центра Земли сила тяжести уменьшается пропорционально квадрату расстояния. Например, когда расстояние возрастает в два раза, вес уменьшается в четыре.

Если бы Земля имела форму совершенно правильного шара, то все точки её поверхности были бы одинаково удалены от центра. Однако земной шар несколько сплюснут у полюсов[5]. Поэтому на полюсах тела притягиваются к Земле сильнее, чем на экваторе. А это означает, что одно и то же тело в различных местах земной поверхности имеет разный вес.

Ещё сильнее изменился бы вес тела, если бы оно перенеслось с Земли на другую планету. Так, на Луне человек весил бы немногим более десяти килограммов: Луна менее массивна, чем Земля, и поэтому её притяжение слабее.

Выходит, вес — величина не такая уж определённая. В зависимости от условий она может изменяться, а иногда и вовсе исчезать.

Рис. 26. По мере удаления от центра Земли сила тяжести падает пропорционально квадрату расстояния.

А нет ли другой величины, которая действительно не зависела бы от места и была бы вполне определённой для каждого тела? Такой величиной является масса.

Масса тела — это количество вещества в нём. Иногда массу называют также мерой инерции (инерция — свойство тел сохранять состояние покоя или прямолинейного равномерного движения). Чем массивнее тело, тем большей инерцией оно обладает. Так, железнодорожный вагон труднее сдвинуть с места или затормозить, чем лёгкую повозку.

Масса, присущая какому-либо телу, не зависит от его расположения. И на полюсе и на экваторе масса тела неизменна. Не изменится она, даже если тело попадёт на Другую планету. Между массой тела и его весом существует прямая связь. Мы уже знаем, что тело притягивается Землёй тем сильнее, чем больше его масса. Значит, в одном и том же месте тело с большей массой будет обладать большим весом.

Ньютон установил, что вес тела равен произведению его массы на ускорение силы тяжести. Что это за ускорение?

Вот с высоты падает камень. Под действием силы тяжести скорость его падения всё время растёт — камень движется с ускорением. Допустим, что дело происходит в пустоте и воздух не мешает падению. Тогда независимо от своих размеров и веса камень падает с определённым неизменным ускорением, которое приблизительно равно 9,8 м/сек² (это означает, что каждую секунду скорость падающего камня увеличивается на 9,8 м/сек). Такой ежесекундный прирост скорости падения и называют ускорением силы тяжести.

Чем больше притяжение Земли, тем выше это ускорение. На полюсах оно наиболее велико (9,83 м/сек²); на экваторе — несколько меньше (9,78 м/сек²). Во сколько раз меняется ускорение силы тяжести при переходе из одного места в другое, во столько же раз меняется и вес тел.

Вполне естественно поэтому, что учёные задумались: «как же быть с эталоном единицы веса?». Ведь если в Севре вес эталона в точности равен килограмму, то в Москве он будет несколько иным. Масса же эталона останется неизменной. А если это так, то не вернее ли считать эталон килограмма эталоном единицы массы, а не веса?

Такое решение и было принято III Международной конференцией по мерам и весам, состоявшейся в 1901 году. С тех пор эталон килограмма перестал быть эталоном единицы веса.

Поскольку тела с одинаковой массой в одном и том же месте имеют равные веса, массу измеряют путём взвешивания. И когда мы говорим «батон весом в одни килограмм», то невольно допускаем неточность — правильнее было бы сказать «массой в один килограмм».

Кстати, ещё немного о весе.