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Masa gravitacional frente a masa inercial: laboratorio de física

Publicado el 16 septiembre, 2020

¿Adónde ir?

¿Alguna vez se mudó a una nueva ciudad o se fue de vacaciones donde no conoce la zona? Se necesita un tiempo para acostumbrarse a cómo moverse. Un día toma una ruta y termina en la tienda de comestibles, y al día siguiente toma una ruta diferente y termina en el mismo lugar. Esta es una idea similar a la masa gravitacional y la masa inercial. Son dos formas diferentes de expresar lo mismo, pero medirlas requiere métodos diferentes, como conducir hasta el mismo lugar utilizando rutas diferentes.

Hagamos dos experimentos diferentes usando la misma masa para demostrar que la masa gravitacional y la masa inercial son la misma cosa.

Masa gravitacional

La masa gravitacional es la masa de un objeto basada en que se mide en un campo gravitacional. Nuestro primer experimento requerirá un campo gravitacional, una escala y varias masas conocidas. Obtener una escala y varias masas conocidas no es difícil, ¡y tenemos un excelente campo gravitacional aquí en la Tierra! Ahora, vayamos al grano midiendo la masa de este objeto. Empezaremos con un objetivo.

Experimento 1

Objetivo: determinar la masa del objeto mediante una escala.

Procedimiento:

  1. Adquirir una balanza y calibrarla.
  2. Coloque un objeto de masa desconocida en el lado derecho de la escala.
  3. Agregue gradualmente masas conocidas individuales al otro lado de la escala hasta que la flecha en el medio de la escala apunte a cero.

Configuración y datos:


Una balanza nos permite medir la masa en un campo gravitacional.
Las masas de la izquierda son 5 g, 3 gy 1 g.
equilibrar

Análisis de los datos:

Observe que en el diagrama 1, la escala no está en equilibrio (apuntando a cero). Cuando esa mano puso la última masa, la aguja señaló cero, lo que significa que la masa total de la izquierda (9 gramos) es igual a la masa del objeto de la derecha. Eso es. El experimento 1 está completo. Usamos el campo gravitacional de la Tierra junto con un balance para determinar la masa del objeto.

Conclusión: la masa del objeto es de 9 gramos.

Masa inercial

Determinar la masa inercial de un objeto es un poco más complicado que determinar su masa gravitacional. La inercia es la resistencia de un objeto a un cambio en su velocidad. Piense en una roca gigante que ha estado en reposo en el mismo lugar durante millones de años. Tiene bastante inercia porque se necesitaría una fuerza muy grande para cambiar su velocidad de cero a un valor distinto de cero.


Boulder en África que tiene mucha inercia y parece feliz por eso
roca

La masa inercial es la masa de un objeto al aplicarle una fuerza e interpretar los resultados con ecuaciones. Hagamos nuestro segundo experimento con el mismo objeto que usamos en el experimento 1, pero en lugar de usar una escala, usaremos un resorte con una constante de resorte conocida y permitiremos que la masa oscile en el resorte. La constante de resorte de un resorte es la fuerza requerida para estirar el resorte una distancia específica.

Experimento 2

Objetivo: Determinar la masa inercial de un objeto mediante un resorte.

Procedimiento:

  1. Adquiera un resorte con una constante de resorte de 1 N / m.
  2. Cuelgue el resorte, coloque el objeto, tire del objeto hacia abajo unos centímetros, suéltelo y mida cuánto tiempo tarda en realizar 10 oscilaciones.
  3. Utilice la Ecuación 1 para calcular la masa inercial del objeto.


Ecuación 1
Período

  • T es el período de oscilación (el tiempo que se tarda en ir desde donde comienza, a través de su ciclo y terminar donde comenzó). Medido en segundos (s).
  • m es la masa del objeto en kilogramos.
  • k es la constante de resorte en newtons por metro (N / m).

Configuración y datos:


La masa oscila sobre el resorte.
primavera

El tiempo necesario para 10 oscilaciones es de 5,95 segundos.

Cálculos y análisis:

Necesitamos el tiempo para una oscilación que es (5,95 s / 10) = 0,595 s.

También tenemos que resolver la ecuación 1 para la masa.

m_equation

Ahora podemos introducir el período y los valores de la constante del resorte para determinar la masa inercial del objeto.

masa

Conclusión: la masa del objeto es de 9 gramos.

Comparación de la masa gravitacional y la masa inercial

Cuando medimos la masa gravitacional del objeto usando una balanza, determinamos que es de 9 gramos. Cuando medimos la masa inercial del mismo objeto haciéndolo oscilar sobre un resorte, determinamos que es de 9 gramos. Esto prueba que tanto la masa gravitacional como la masa inercial de un objeto son idénticas. El método para determinar la masa de un objeto puede diferir, al igual que tomar diferentes caminos hacia la misma ubicación, pero el valor es el mismo.

Resumen de la lección

La inercia es la medida de la resistencia de un objeto a un cambio de velocidad.

La masa gravitacional es la medida de la masa de un objeto usando una escala en un campo gravitacional. Se puede colocar un objeto en una bandeja de una báscula, y las masas conocidas se pueden colocar en la bandeja opuesta hasta que la báscula indique cero.

La masa inercial es la medida de la masa de un objeto haciéndolo moverse con una fuerza y ​​luego usando ecuaciones para calcular su masa. Se puede permitir que una masa oscile en un resorte y se puede medir el tiempo de oscilación. Un resorte tiene una constante de resorte , que es la cantidad de fuerza necesaria para estirarlo una distancia específica.

La masa gravitacional y la masa inercial son las mismas para un objeto, pero los métodos para medir su masa son diferentes.

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