Gracias por el A2A, y perdón por la larga respuesta.
Entonces, dado que no podemos usar ningún tipo de balance de resorte o balance de haz, supongo que desea medir la masa de un objeto en el espacio, es decir, gravedad cero.
En primer lugar, para definir cualquier cantidad estándar, tenemos que diseñar una escala, un punto de referencia si lo desea. Es decir, tenemos que definir qué es la masa. Para definir la masa, asumimos el estándar y consideramos algún objeto específico de la unidad de masa universal.
Ahora la masa puede ser de diferentes tipos, a saber,
- En una estación espacial, si arrojas una pelota contra la pared en un espacio cerrado en el vacío, ¿cuánto tiempo rebotará en las paredes hasta que la fricción de los impactos lo detenga? ¿Cuántos minutos?
- Cómo ganar dinero en línea con conocimientos de física
- ¿Cuál es la forma correcta de atar el hilo de una cometa y por qué?
- ¿Cómo se mantiene constante la energía cinética en todo el movimiento circular, incluso cuando puede haber aceleración tangencial?
- Si una hormiga cayó desde una gran altura en un día sin viento, ¿se vería afectada por la gravedad de la caída? ¿Se lastimaría?
- La masa inercial mide la resistencia de un objeto a los cambios en la velocidad [matemática] m = F / a [/ matemática]. (la aceleración del objeto)
- La masa gravitacional activa mide la fuerza gravitacional ejercida por un objeto.
- La masa gravitacional pasiva mide la fuerza gravitacional experimentada por un objeto en un campo gravitacional conocido.
- Mass-Energy mide la cantidad total de energía contenida dentro de un cuerpo, usando [math] E = m \ times c ^ {2} [/ math].
Consideremos cómo funcionan nuestros Spring Balance y Beam Balance tradicionales.
El Spring Balance funciona según la ley de Hooke, que mide la masa por el alargamiento del resorte y lo compara con el alargamiento causado por nuestra unidad de masa estándar establecida.
Beam Balance funciona según el principio de la masa gravitacional pasiva , es decir, compara la masa del estándar con lo desconocido en un campo gravitacional conocido (de la Tierra). Lo llamamos la comparación de pesos.
Dado que estos dos están fuera de la cuestión, tenemos que responder sobre nuestros métodos de cálculo de la masa inercial , la masa gravitacional activa o la propuesta de masa-energía .
Para nuestro método de masa inercial, utilizamos el equilibrio inercial, que simplemente establece la masa desconocida para que vibre en un resorte. Aquí están los pasos detallados,
Mide la masa inercial. La masa inercial es un método de medición dinámico, lo que significa que solo se puede lograr mientras el objeto que se está midiendo está en movimiento. La inercia del objeto se usa para cuantificar la cantidad de materia.
- Asegure el equilibrio inercial a una mesa.
- Calibre el equilibrio inercial poniendo el recipiente en movimiento contando el número de vibraciones en un período de tiempo específico, por ejemplo 30 segundos.
- Coloque un artículo de masa conocida en el recipiente y repita el experimento.
- Continúe usando varios artículos de masa conocida para terminar de calibrar la báscula.
- Repita el experimento con un artículo de masa desconocida .
- Grafica todos los resultados para encontrar la masa del objeto final.
Esto nos da un resultado bastante preciso. Aunque tenemos que suponer que se hace al vacío, o si el volumen de la masa desconocida y la masa estándar no son proporcionales a sus masas, esto causaría diferencias en la amortiguación de las oscilaciones debido a la resistencia del aire.
Ahora, para calcular la masa a través de la equivalencia de masa-energía de Einstein, los pasos,
- Sepa que la ecuación es simplemente sobre relatividad especial. En pocas palabras, esta ecuación nos dice que masa y energía son dos formas de la misma cosa. En la condición correcta, la masa puede convertirse en energía y la energía puede convertirse en masa. Aquí, “condición correcta” se refiere a la velocidad cercana a la luz. Tal vez, es por eso que los humanos sentimos que es difícil de percibir; porque somos demasiado lentos en comparación con la luz. La luz se mueve a una velocidad de aproximadamente [matemáticas] 670 [/ matemáticas] millones de millas por hora, o aproximadamente [matemáticas] 186,282 [/ matemáticas] millas por segundo.
- Para saber cuánta energía tiene un objeto, multiplique la masa del objeto por el cuadrado de la velocidad de la luz. ¿Pero por qué multiplicar? Esto se debe a que, cuando la masa se convierte en energía, la energía resultante se mueve, por definición, a la velocidad de la luz. La energía pura es radiación electromagnética y la radiación electromagnética siempre se mueve a la velocidad de la luz (la luz visible es un tipo de onda electromagnética que comúnmente se conoce y experimenta).
- Calcula el cuadrado de la velocidad de la luz. Esto es importante debido a la naturaleza de la energía. Cuando un cuerpo comienza a moverse el doble de rápido que ahora, no usa el doble de energía. Utiliza cuatro veces más. Esto está relacionado con la fórmula de la energía cinética: [matemática] cinética \; \; energía = (1/2) \ veces masa \ veces velocidad ^ {2} [/ matemática]; ¿Notaste que la velocidad es al cuadrado? Porque el cuadrado de la velocidad de la luz es una cifra muy grande: alrededor de [matemáticas] 448,900,000,000,000,000 [/ matemáticas] en unidades de mph; Incluso una pequeña porción de materia puede producir una gran cantidad de energía.
La masa gravitacional activa. Vamos a utilizar la fórmula, [matemáticas] F = (G \ veces m_ {1} \ veces m_ {2}) / r ^ {2} [/ matemáticas]. Pasos,
- Sea [math] m_ {1} [/ math] nuestra unidad de masa estándar y [math] m_ {2} [/ math], la masa del objeto desconocido en kilogramos. Multiplícalos juntos.
- Encuentre [matemáticas] r [/ matemáticas], la distancia entre los dos objetos en metros. Encuadrelo.
- Multiplique el producto de [matemática] m_ {1} [/ matemática] y [matemática] m_ {2} [/ matemática] por la constante gravitacional [matemática] G [/ matemática], [matemática] 6.67 \ veces 10 ^ {- 11} [/ matemática] o [matemática] (0.0000000000667) [/ matemática].
- Calcule la fuerza de gravedad en Newtons y resuelva para [math] m_ {2} [/ math].
En realidad, encontré una forma más interesante de calcular masas en función de la respuesta de colisión de dos cuerpos rígidos. Aunque para este experimento necesitamos encontrar el coeficiente de restitución entre los dos cuerpos, el ángulo de colisión y tener en cuenta la resistencia del aire y los cálculos precisos de las velocidades antes y después de la colisión. Uno también requiere una gran cantidad de suposiciones, como que los cuerpos sean objetos puntuales, sean rígidos, absolutamente sin tiempo de contacto o fricción durante la colisión. Esto proporciona una forma no tan precisa pero bastante innovadora de calcular masas.
No incorporé el método de Arquímedes de agua desplazada por el objeto desconocido cuando comencé mi respuesta notificando que estoy asumiendo que quieres que tu masa se calcule en gravedad cero. En gravedad cero, el objeto no se hundirá en el recipiente de agua y, por lo tanto, el método falla.
Además, si se usara la relación de volumen de densidad básica para encontrar la masa, ¿por qué se haría tanto esfuerzo para calcular el volumen? Si el objeto es regular, uno simplemente puede medir el volumen mediante métodos convencionales y aplicar [matemática] masa = volumen \ veces densidad [/ matemática] .
Además, el concepto de densidad se define una vez que se ha definido el concepto de masa, por lo que, sin una forma de definir la masa, no habría ningún método para calcular la densidad del líquido en el que está inmerso, siendo la densidad un derivado de la masa y volumen. Técnicamente, primero se mide la masa y el volumen y luego se calcula la densidad. No hay una manera fácil de calcular la densidad directamente sin entrar en su estructura molecular e incluso por las mediciones moleculares uno tiene que conocer la masa de los átomos y demás, que se calculan por cualquiera de los métodos antes mencionados. Entonces, si uno no está provisto de una viga o balance de resorte, uno no puede calcular la densidad del objeto o incluso el fluido en el que está sumergido.