Avevamo accennato qualche tempo fa al fatto che massa e peso sono due grandezze fisiche molto diverse. Oggi chiariamo finalmente perché
Massa e peso : che cosa sono
Ricordiamo innanzitutto che mentre la massa è una grandezza fondamentale, il peso è una forza ed è quindi una grandezza derivata.
La differenza fondamentale è che in punti diversi della Terra il peso cambia, la massa no.
Ad esempio, la mia massa è la stessa sia al Polo che all’Equatore. Il mio peso, invece, cambia (ai Poli una persona con una massa di 50 kg “pesa” 50,1 kg, all’Equatore la massa resta di 50 kg ma il peso diventa di 49,88 kg!)
In parole povere, “PESO” è la forza esercitata dalla Terra su qualsiasi corpo che si trovi sulla sua superficie
La massa è una caratteristica intrinseca della materia di cui è fatto un oggetto, mentre il peso è la forza con cui tale oggetto è attratto dal pianeta sul quale si trova.
MASSA = “contenuto di materia” di un oggetto.
Nello spazio, lontano da grossi corpi come stelle, pianeti o satelliti, gli oggetti non hanno peso anche se hanno comunque una massa.
La massa è UGUALE in qualsiasi posto avvenga la sua misurazione
Sulla Terra o in qualsiasi punto dello spazio, la quantità di materia che costituisce un determinato corpo è sempre la stessa.
Il “PESO” (o meglio, la FORZA PESO) di un corpo è la forza con cui la massa di un corpo è attratta verso il centro della Terra dalla forza di gravità, che agisce in ogni punto della superficie terrestre.
Essendo una forza, il peso si misura in NEWTON (N), definito come la forza che, applicata ad un corpo di massa 1 kg, gli imprime un’accelerazione di 1 m/s per secondo. Sulla Terra possiamo scrivere che
dove g = accelerazione di gravità della Terra = 9,8 m/s²
Lo sapete? Poiché la forza di gravità sulla Terra è SEI VOLTE MAGGIORE che sulla Luna, uno stesso corpo sulla Luna peserebbe (forza-peso) un sesto rispetto al suo peso sulla superficie terrestre, pur essendo la sua massa sempre la stessa
Massa e peso : come si misura la massa
La misurazione della massa avviene per CONFRONTO DIRETTO con una massa campione con uno strumento che si chiama BILANCIA A DUE PIATTI oppure BILANCIA A BRACCI UGUALI.
Quando su ciascun piatto ci sono oggetti di uguale massa il giogo è in equilibrio in posizione orizzontale. Il valore di una massa è dato dal numero di masse campione che bisogna mettere sull’altro piatto di una bilancia a bracci uguali affinché sia verificata questa situazione di equilibrio.
PENSATE: la bilancia a bracci uguali fu introdotta dagli Egizi intorno al 2000 a.C.
Essa consiste in un’asta orizzontale, ai cui estremi pendono due piatti, appoggiata nel punto di mezzo (detto fulcro) a un supporto a forma di coltello, e libera di oscillare intorno a esso. L’oggetto da pesare viene posto su un piatto, mentre l’altro è caricato con tanti pesi quanti ne occorrono per tenere l’asta in equilibrio: la massa dell’oggetto è allora uguale al valore complessivo delle masse poste sull’altro piatto.
Come abbiamo detto, possiamo ripetere quest’operazione in diversi punti della Terra o dello spazio, ottenendo sempre lo stesso risultato finale.
Massa e peso : La misura della forza e il dinamometro
La misura dell’intensità di una forza viene eseguita utilizzando uno strumento, detto dinamometro (dal greco dynamis “forza” e metron “misura”).
Il più semplice esempio di dinamometro è costituito da un cilindro graduato, contenente una molla con un’estremità libera; un gancio permette di vincolare il sistema in modo rigido (per esempio, a un soffitto), mentre all’estremità libera vengono applicate le forze da misurare.
Allo strumento deve poi essere associata una scala graduata tarata con una serie di masse campione.
Altro esempio del dinamometro è la “bilancia a molla” ad alta sensibilità, che si distende in maniera proporzionale alla forza applicata e visualizza l’intensità della forza su una scala.
COME FUNZIONA UN DINAMOMETRO
La molla è un dispositivo meccanico elastico, capace di subire deformazioni significative ma reversibili quando viene sottoposto a sollecitazioni.
Il potenziale elastico di una molla dipende da vari fattori, forma, dimensioni, ma il più importante è il materiale di cui è fatta, perciò l’intensità di una forza si può determinare sfruttando la relazione di proporzionalità diretta che lega la forza elastica F e la deformazione della molla, secondo la legge di Hooke:
F= – kx
dove
- k = costante elastica della molla
- x = allungamento della molla
- il segno meno è dovuto al fatto che il verso della forza è sempre opposto a quello dello spostamento.
Maggiore è la forza applicata alla molla maggiore è la sua deformazione.
La sensibilità del dinamometro dipende dalla costante elastica k della molla:
- con piccoli valori di k si ha un dinamometro più sensibile; ad esempio se k =10 N/m, una forza di 1 N allungherà la molla di x= F / k =0,1 m = 10 cm sulla scala graduata di questo dinamometro un intervallo di un centimetro corrisponderà a una variazione di 0,1 N.
- per grandi valori di k il dinamometro è invece meno sensibile; ad esempio se k=200 N/m, una forza di 1 N allungherà la molla di x= 5 mm . sulla scala graduata di questo dinamometro un intervallo di un centimetro corrisponderà a una variazione di 2 N.
Quando il limite di elasticità viene superato, la molla si deforma in modo permanente e non ritorna più nella condizione iniziale. La legge di Hooke non è più valida e con essa anche la validità della misurazione effettuata con il dinamometro.