Масса және салмақ

Масса

Масса– материяның инерциялық және гравитациялық қасиетін анықтайтын физикалық шама. Латынның massa– үйінді, кесек деген сөзінен алынған. “Масса” ұғымын механикаға Исаак Ньютон енгізген. Ньютонның классикалық механикасындағы масса дене импульсінің (қозғалыс мөлшерінің) анықтамасына енеді. Дене импульсі (р) дененің қозғалу жылдамдығына пропорционал болады: р=mg, (1) мұндағы пропорционалдық коэффициент m – берілген дене үшін тұрақты шама, оның массасы. Массаның эквиваленттік анықтамасы Ньютон классикалық механикасының қозғалыс теңдеуінен шығады: f=ma (2) Бұл жерде масса денеге әсер ететін күш (f) пен осы күштің салдарынан болатын дененің үдеуі (а) арасындағы пропорционалдық коэффициент (1) және (2) қатынастарынан анықталатын масса инерциалдық немесе инерттік масса деп аталады. Ол дененің динамикалық қасиетін сипаттайды әрі дене инерциясының өлшеуіші болып есептеледі. Ньютонның гравитациялық теориясында масса тартылыс өрісінің көзі ретінде алынады. Әрбір дене өзінің массасына пропорционал болатын тартылыс өрісін туғызады. Осы өріс салдарынан пайда болатын денелер арасындағы тартылыс күші Ньютон ашқан бүкіл әлемдік тартылыс заңы бойынша анықталады: f = G (3)

мұндағы r – денелердің массалар центрі арасындағы қашықтық, G – әмбебап гравитациялық тұрақты, m1 және m2 – тартылатын денелердің массасы. (3) формуладан Жердің тартылыс өрісінде дененің m массасы мен оның Р салмағы арасындағы тәуелділікті алуға болады: Р = mg, (4) мұндағы g = GМ/r2 – жердің гравитациялық өрісіндегі еркін түсу үдеуі (М – Жердің массасы, r ≈ R, ал R – Жер радиусы). (3) және (4) қатыстары бойынша анықталатын масса дененің гравитациялық массасы деп аталады. Классикалық физикада дене массасы ешбір процесс кезінде өзгермейді деп саналады [Массаның (заттың) сақталу заңы]. “Масса” ұғымы жарық жылдамдығымен с=3.1010 см/с шамалас өте үлкен жылдамдықпен қозғалатын дене (не бөлшек) қозғалысын қарастыратын Альберт Эйнштейннің арнайы салыстырмалық теориясында терең мағынаға ие болды. Релятивистік механика деп аталатын жаңа механикада импульс пен бөлшек жылдамдығы арасындағы байланыс: р = (5)

қатысы арқылы беріледі. m0 шамасы тыныштық массасы деп аталады. Қозғалған бөлшек массасы (m) жылдамдыққа тәуелді шама ретінде анықталады: m = , (6)

яғни бөлшек (дене) массасы қозғалыс жылдамдығының өсуіне байланысты артады. Релятивистік механикада (1) және (2) теңдеулердегі массаның анықтамасы бір-біріне эквивалентті емес, өйткені үдеу өзін қоздырған күшке параллель болмайды және масса бөлшек жылдамдығының бағытына тәуелді болып қалады. Салыстырмалық теориясы бойынша бөлшектің массасы (m) оның энергиясымен (Е) мына қатыс арқылы байланысады:

Сонымен масса энергиямен әрқашанда байланыста болады. Сондықтан релятивистік механикада классикалық физикадағы екі заң – массаның сақталу заңы мен энергияныңсақталу заңы – бөлек-бөлек емес, толық энергияның сақталу заңы деп аталатын бір заңға біріктірілген. Масса бірлігіне бірліктердің СГС жүйесінде – грамм (г), ал бірліктердің халықаралық жүйесінде (СИ) – килограмм (кг) алынады. Атомдар мен молекулалар массасы, әдетте массаның атомдық бірлігімен өлшенеді. Элементар бөлшектердің массасын не электрон массасы (mе) бірлігімен не бөлшектің тыныштық энергиясын көрсете отырып, энергетикалық бірлікпен өлшейді. Электрон массасы (mе) 0,511 МэВ, протон массасы – 1836,1 me немесе 938,2 МэВ, т.б. құрайды. Массаның табиғатын ашу – қазіргі физиканың шешілмеген маңызды міндеттерінің бірі. Элементар бөлшектердің массасы олардың өздері байланысқан өрістер (электрмагниттік, ядролық, т.б.) арқылы анықталады деп қабылданған. Алайда массаның сандық теориясы әлі жасалған жоқ.

Өлшем бірліктері

Масса – экономикада: тауарлардың мөлшері (тауар‚ ақша массасы‚ конкурстық масса). Топтамалардың құнын‚ шамасын‚ салық салу базасын‚ т.б. анықтау үшін пайдаланылатын тауарлардың аса маңызды сипаттамаларының бірі. Мынадай салмақ (масса) өлшемдері қолданылады: 1 тонна = 10 центнер = 1000 килограмм = 1000000 грамм 1 ағылшын тоннасы = 20 центнер = 2240 сауда фунты 1 сауда фунты = 16 сауда унциясы = 256 сауда драхмасы 1 ағылшын тоннасы = 1016 килограмм 1 ағылшын сауда центнері = 50‚802 килограмм 1 сауда фунты = 0‚453 килограмм 1 сауда унциясы=28‚349 грамм 1 сауда драхмасы = 1‚77 грамм 1 ағылшын граны = 64‚799 грамм 1 американ шағын тоннасы = 907‚17 килограмм 1 дәріханалық фунт=12 дәріханалық унция = 373‚24 грамм 1 дәріханалық унция=8 дәріханалық драхма=31‚103 грамм 1 дәріханалық драхма = 3 скрупула = 3‚888 грамм 1 пұт = 16‚38 килограмм 1 байырғы орыс фунты = 409‚5 грамм 1 лот = 12‚8 грамм 1 мысқал = 4‚266 грамм 1 үлес = 44‚43 миллиграмм

Масса ақауы

Масса ақауы, масса дефектісі – атом ядросын құраушы нуклондар (нейтрондар мен протондар) массаларының қосындысы мен ядро массасының (М) арасындағы айырым.. Масса ақауы массаның атомдық бірлігімен өрнектеледі және ол ядродағы нуклондардың байланыс энергиясына тең (кері таңбамен алынған). Масса ақауы неғұрлым үлкен болса, солғұрлым байланыс энергиясы жоғары және ядро орнықты болады.

Масса тұрақтылық заңы, масса сақталу заңы – реакцияға қатысқан заттардың (реагенттердің) массаларының қосындысы реакция нәтижесінде түзілген заттардың (өнімдердің) массаларының қосындысына тең. 1774 – 89 ж. француз химигі Антуан Лавуазье, өзі жасаған күрделі тәжірибелерге сүйене отырып, тұжырымдаған. Мысалы, 32 г оттек пен 4 г сутек қосылғанда 36 г су түзіледі; 2Н2+О2 =2Н2О. Мұндағы реакцияға түскен реагенттердің жалпы массасы (36 г) реакция нәтижесінде түзілген өнімнің массасына (36 г) тең.

Релятивистік масса –– бөлшектің толық энергиясының вакуумдағы жарық жылдамдығының шаршысына қатынасымен анықталатын масса.

 

 

Салмақ

Жердің гравитациялық анамалиясы

 

Салмақ— Жербетіне жақын тұрған денеге әсер ететін ауырлық күшініңсандық шамасы: P=mg, мұндағы m — дене массасы, g — еркін түсу үдеуі (немесе ауырлық күшінің үдеуі). Дененің массасытұрақты шама, ал g мәні Жербетіндегі ендікке және теңіз деңгейінен есептелетін биіктікке байланысты (мысалы, Алматыүшін g=9,804м/с2) өзгеретіндіктен, оған сәйкес дененің салмағы да өзгереді. Дененің салмағы күш бірлігімен (Н, кгк, дина және т.б.) өлшенеді.

Таразыға тарту әдістері

Өлшеу– бірқатар құрылымдық элементтердің өзара қарым-қатынасын қамтитын күрделі процесс. Оларға жататындар: өлшеу міндеті, өлшеу объектісі, қағидасы, әдісі, өлшем құралыжәне үлгісі, өлшеу жағдайлары, өлшеу субъектісі, өлшеу қателіктері мен нәтижелері.

Өлшеу әдістерідегеніміз - нақты бір өлшеуіш міндет үшін таңдалған өлшеу қағидалары мен құралдарын пайдалану іс-әрекеттерінің жиынтығы. Өлшеу әдісі түсінігіне өлшеу қағидаларын теориялық негіздеумен қатар, өлшеу құралдарын қолдану іс-әрекеттерін әзірлеу де кіреді.

Өлшеу әдістері классификациясының ішінен өлшеу қағидалары мен құралдарын пайдалану іс-әрекеттерінің жиынтығы бойынша классификация кеңінен қолданылады. Бұл классификация бойынша тікелей бағалау әдісі және салыстыру әдісі ажыратылады.

Тікелей багалау әдісі арқылы өлшеген кезде шаманың ізделетін мәні сәйкес бірліктерде градуирленген өлшем құралының есептеуіш құрылғысы бойынша анықтайды. Мысалы, циферблатты таразыда өлшеу, бұйым мөлшерін микрометр көмегімен анықтау немесе қысымды серіппелі манометрмен өлшеу.

Шамамен салыстыру әдісі- өлшенетін шаманы өлшемнің жаңғыртатын шамасымен (мысалы, рычагтық таразыда массаны салыстыру) салыстыратын әдіс. Салыстыру әдістерінің ерекше белгісі өлшемнің өлшеу процедурасына тікелей қатысуында. Ал тікелей бағалау әдісінде өлшем өлшеу процесіне қатыспайды, оның мөлшері градуирлеу кезінде өлшем құралына алдын ала өлшеуіш құрылғысына беріліп қояды. Салыстыру әдісі кезінде салыстыру құрылғысы міндетті болуы қажет.

Өлшеммен салыстыру әдісінің бірнеше түрі бар:

*Нөлдік әдіс

*Дифференциалды әдіс

*Алмастыру әдісі

*Сәйкес келу әдісі

 

*Нөлдік әдіс- салыстыратын құрылғыға өлшенетін шаманың нәтижелі әсер етуі эффектісімен шаманың қарама-қарсы әсері нөлге келтірілетін өлшеммен салыстыру әдісі.

Мысал.Иықтары тең таразыда массаны өлшеу, мұнда таразыға тх массаның әсері токір массасымен толық теңестіріледі.

*. Дифференциалды әдіс кезінде толық теңестіру жасалмайды, ал өлшенетін шама мен өлшемнің жаңғыртатын шамасының арасындағы айырма аспап шкаласы бойынша есептеледі.Дифференциалды әдісдене температурасымен қаттылығы сияқты шамаларды өлшеуде пайдаланылмайды.Мысал.Иықтары тең таразыда массаны өлшеу, мұнда таразыға тх массаның әсері токір массасымен біршама ғана теңестіріледі, ал массалардың айырмасы масса бірліктерінде градуирленген таразы шкаласы бойынша есептеледі. Бұл

жағдайда өлшенетін шаманың мәні,mx= m0+ Δm,мұндаΔm- таразы көрсеткіші.

Салыстыру әдістері

*Алмастыру әдісі— өлшенетін шаманы өлшемнің жаңғыртатын белгілі шамасымен алмастыру арқылы өлшеммен салыстыру әдісі. Мысалы; бұйымның мөлшерін рычагты микрометрменөлшеу немесе электрлік шамалардыайнымалы ток көпірлері көмегімен өлшеу.

Мысал.Серіппелі таразыда өлшеу. Өлшеу екі іс-өрекетпен жасалады. Алдымен таразыға өлшенетін массаны салады және таразы көрсеткішінің жағдайын белгілейді. Сонан соң тх массасы то кір массасымен алмастырылады. Мұнда таразының көрсеткіші алғашқы жағдайдағы орынға келуі керек. Сонымен қатарmx= m0.

*Сәйкес келу әдісіндеөлшенетін шама мен өлшеммен жаңғыртылатын шама арасындағы айырма шкала белгілерінің немесе периодтыбелгілердің сәйкес келуін пайдалану арқылы өлшейді.

Мысал. Стробоскопкөмегімен валдыңайналым санын өлшеу – вал периодтытүрде жарық көзімен жарықтандырылады, ал жарық көзінің жиілігі валда жасалған ен баңылаушыға қозғалмайтындай болып көрінетіндей етіп орнатылады. Шкалалардың негізгі және нониусты  белгілерінің сәйкес келуін пайдаланатын сәйкес келу әдісі сызықты мөлшерлерді өлшеу үшін қолданылатын штапген приборларда жүзеге асырылады.

 

Серіппелі таразы

Серіппелі таразы- серіппеніңсерпімді деформациялануын тудыратын күшке байланысты дене салмағынөлшейтін құрал.

Серiппеге нұсқағышты бекiтедi. Демек, серiппеге күш-жiгер жұмсамаған өлшелетiн жүк iлiп қоймағанша, ол қысылған күйiнде болады. Серiппе ауырлық күшінiңәсерiнен шұбалаңқы болады, сәйкесiнше нұсқағыш шәкiл бойынша қозғалады. Нұсқағыштың орналасу негiзiнде өлшенетiн жүктiң массасын бiлуге болады.

Аналитикалық  таразы

Аналитикалық  таразыда  өлшеу ең нақты орындауды талап ететін химиялық  анализдің ең маңызды  операцияларының бірі  болып табылады.Анализдің  нәтижесі өлшеу  дұрыстығына тәуелді болып келеді.

Дұрыстығы

Аналитикалық таразыларда дәл өлшеудi дұрыстық  және қайта өндiрiнгiштiк  сәйкесiнше өлшеудi  қатемен және жеке  өлшеудi ақиқат еместiкпен  бейнеленедi. Мысалы, жеке өлшеудің абсолюттік  қателігі ±0,0001г болса,  онда абсолюттік ақиқат  еместік те ±0,0001 ге тең  болады.

 

Аналитикалық  таразының  жұмыс  істеу принципі.

Аналитикалық  таразыда  өлшеу қалай жүргізілетінін  қарастырып көрейік.  Ең  алдымен жук салынбаған  таразының нольдік нүктесін немесе таразы тыныштық  қалпына келген кезде  таразының стрелкасы  тоқтаған шкала косеткишин анықтап аламыз. Содан  кейін таразының сол жақ  табақшасына өлшенетін  объектті, ал оң жақ  табақшасына стрелка  тепе-теңдік нүктесіне  келетіндей етіп гирялар  салады.

Аналитикалық таразылар  негiзiнен - бұл тiрек  нүктесiне күш жұмсаудың  нүктелерiмен аралық  болып табылатын бiрiншi  тектiк  тетiк. 26- 1-суретте К призмасы тiрек нүктеде  агат   пластинкасына тіреліп турганын көруге болады.   Тірек нүктесі таразы  табақшаларына әсер етіп  тұрған F L жыне F R күштерінен бірдей ара  қашықтыққа алшақтаған. F L күші F R кушін теңгереді  деп корейік. Онда F L l L =F R l R

Мұндағы l L және l R – тетік  ұзындығы

 

Сезімталдылық.

Таразы  сезімталдығы  тепе-теңдік қалыпқа жету  үшін қанша  миллиграмм  қосу немесе алу керек  екендігін көрсетеді.  Сезімталдық таразының  табақшаларының бiрiне 1  мг массамен жүк  орналастырғанда  таразының  нұсқағышы  ығысатын  межелiк  бөлiнiстерiнiң санымен  анықталады.  Сезімталдылықты межелік  бөліністердің  миллиграммға  қатынасымен немесе кері  шамамен өлшейді. Қазіргі  кезде 3 д.шк/мг немесе  0,33мг/д.шк  сезімталдығымен  таразылар кездеседі.

Таразы  табақшаларындағы жүк ауырлаған  сайын онығ сезімталдығы азаяды.

Таразы  конструкциясы.

Екітабақшалы   таразылардың көбісінің  конструкциясы  ұқсас.  Солармен таныса кетейік.

Күйенте. Екітабақшалы  таразының табақшалары  мен күйентесі 26-2 суретте  көрсетілген. Күйентеге  біржазықтықта жатқан K,L,R 3 агат призмасы кіреді.   Күйенте ортаңғы K  призмасының Р агат  пластинкасына тіреліп тұр  және ол пластинка мен  призманың түйісу нүктесіне қатысты тербеледі. Агат  пластинка күйенте бөлігі  болып табылмайды. Ол  суретте көрсетілмеген тірек бағанына бекітіледі.

Таразы  тілі. Таразының  тепе-теңдік нүктесін таразы тілінің РS шкаласына  қатысты орналасуы  бойынша анықтайды.  Шкала 20мөлшер  сызықтарына бөлінген.

Табақшалар. Өлшенетін  объектілер мен гиряларды  күйенте бөлігі болып  табылатын  таьақшаларға  салады. Суретте  көрсетілгендей,  2 табақша  да L және R  призмаларынмен біріккен  сырғаларға ілінеді. Егер  таразы жұмыс жасамайтын  күйде болса , онда  сырғаларды көтеретін  арретир көмегімен табақша мен призманы ажыратады.

 

Призмалар. Жоғарыда  айтылып өткендей,  L,R,K призмалары өте қатты  материал – агаттан  жасайды.Ол призма  жұмысының ұзақтығын  арттырады. Алайда агат  мотр сынғыш және  механикалық соққыдан  оңай сынатыны ескере  кеткен жөн. Мұндай  соққылардың алу үшін  таразыны тек кана  өлшенетін объект  гирькалармен жеткілікті  теңестірілген кезде толық  ашады.

 

Таразымен жұмыс істеу  ережелері.

1. Гирькаларды тек қана  пинцетпен ұстайды.оны  қолға  ұстауға  болмайды.гирькалар не  өзінің арнайы  қорапшасының ішінде ,  не таразы  табақшаларының  үстінде  тұруы керек.

2. Өлшенетін объектіні  қысқыш көмегімен, таза  қағаз немесе перчатки  киген қолмен алады және таразының сол жақ  табақшасына салады.  Гирька мен өлшенетін  объектіні табақшаның  ортасына кояды.ВЫстық  зат үлгілерін өлшеуге  болмайды.

3. Химиялық заттар шыны  ыдыста немесе арнайы  ожаушада өлшейді.  Химиялық заттарды  тікелей таразы  табақшасына салуға  болмайды.

4. Өлшенетін объектіні  табақшаға салмас бұрын  таразы тепе теңдік күйле  тұрғанын тексереміз.  Призмаларды зақымдап  алмау үшін таразыны жай  акырын ашу керек.

5. Таразыны жұмысқа келесі  ретпен дайындайды.  Күйенте,табақша;табақша , күйенте. Баска сөзбен  айтканда, ең алдымен  күйентені сосын  табақшаларды  босатады,  бірінші табақшаларды  жөндейді, ал таразы тілі  козғалысы тотакқтағанда  күйентені де жөндейдй.

6. Массаны граммның  онмыңдық бөлшегіне  дейінгі дәлдәкпен анқтап , бірден дәптерге жазады.

7. Өлшеу біткеннен кейін  табақшалар заттармен  булғанбағандығын  тексереміз.

 

Екітабақшалы  таразыда  өлшеу.