Masse

Dans la physique , la masse (de grec μᾶζα ??g??teau d'orge, forfaitaire (de p??te)??) se r??f??re ?? la quantit?? de mati??re dans un objet. Plus pr??cis??ment, la masse inertielle est une mesure quantitative de la r??sistance d'un objet ?? l'acc??l??ration . En plus de cela, la masse gravitationnelle est une mesure quantitative qui est proportionnelle ?? l'amplitude de la la force de gravit?? qui est

1. exerc??e par un objet (de masse gravitationnelle actif), ou
2. v??cue par un objet (force gravitationnelle passive)

lors de l'interaction avec un second objet. Le Unit?? de mesure de masse est le kilogramme (kg).

En utilisation quotidienne, la masse est parfois appel??e " poids ", dont les parts peuvent ??tre livres ou en kilogrammes (par exemple, le poids d'une personne peut ??tre d??clar?? comme 75 kg). Lors de l'utilisation scientifique, cependant, le terme?? poids ??se r??f??re ?? un diff??rent, mais connexe, propri??t?? de la mati??re. Le poids est la force gravitationnelle agissant sur un corps-qui, ??tant donn?? diff??re selon l'attraction gravitationnelle du corps adverse (par exemple, le poids d'une personne sur la Terre vs sur la Lune ) - tandis que la masse est une propri??t?? intrins??que de ce corps qui ne change jamais. En d'autres termes, le poids d'un objet d??pend de son environnement, tandis que sa masse ne est pas. Sur la surface de la Terre, un objet d'une masse de 50 kg p??se 491 newtons; sur la surface de la Lune, le m??me objet a encore une masse de 50 kg, mais ne p??se que 81,5 newtons. Retrait?? en termes math??matiques, sur la surface de la Terre, le poids W d'un objet est li?? ?? sa masse m par W = m g, o?? g = 9,806 6 5 m / s ² est la Le champ gravitationnel de la Terre, (exprim??e en acc??l??ration subie par un objet en chute libre).

La masse d'inertie d'un objet d??termine son acc??l??ration en pr??sence d'une force appliqu??e. Selon la deuxi??me loi de Newton sur le mouvement , si un corps de masse m fixe est soumis ?? une force unique F, son acc??l??ration est donn??e par un ^F / _m. A la masse de corps d??termine ??galement le degr?? auquel il g??n??re ou est affect?? par une champ gravitationnel. Si un premier corps de masse m _A est plac?? ?? une distance r (de centre de masse et le centre de masse) d'un deuxi??me corps de masse m _B, chaque corps subit une jolie force F _g = Gm _A m _B / r ^2, o?? G = 6,67 ?? 10 ^-11 kg N ^-2 m ² est le ??universel .. constante gravitationnelle "Ce est parfois appel??e masse gravitationnelle exp??riences r??p??t??es depuis le 17??me si??cle ont d??montr?? que la masse inertielle et gravitationnelle sont ??quivalentes; depuis 1915, cette observation a ??t?? entra??n?? a priori dans le principe d'??quivalence de la relativit?? g??n??rale .

Relativit?? restreinte montre que masse au repos (ou masse invariante) et l'??nergie de repos sont essentiellement ??quivalents, par l'interm??diaire de la relation bien connue E = mc ^2. Cette m??me ??quation se connecte ??galement masse relativiste et ??l'??nergie relativiste" (de l'??nergie totale du syst??me). Ces deux derniers masse et l'??nergie "relativiste" sont des concepts qui sont li??s ?? leurs homologues ??repos??, mais ils ne ont pas la m??me valeur que leurs homologues de repos dans les syst??mes o?? il ya une impulsion nette. Afin de d??duire l'une de ces quatre quantit??s de l'un des autres, dans ne importe quel syst??me qui a une impulsion nette, une ??quation qui prend en compte l'??lan est n??cessaire. Mass (tant que le type et la d??finition de la masse est convenu) est une quantit?? conserv??e au fil du temps. Du point de vue de tout observateur non acc??l??r?? seule, la masse ne peut ??tre ni cr????e ni d??truite, et la relativit?? restreinte ne change pas cette compr??hension. Tous les observateurs non acc??l??r?? accord sur le montant des masse invariante dans des syst??mes ferm??s en tout temps, et bien que diff??rents observateurs peuvent ne pas ??tre d'accord avec l'autre sur combien masse relativiste est pr??sent dans un tel syst??me, tous conviennent que le montant ne change pas au fil du temps.

Macroscopiquement, la masse est associ?? ?? la mati??re importe -bien, contrairement ?? la masse, est mal d??fini dans la science. Sur l'??chelle sub-atomique, non seulement fermions, les particules souvent associ??es avec la mati??re, mais aussi certains bosons, les particules qui agissent comme transporteurs vigueur, ont masse au repos. Un autre probl??me pour la d??finition facile est qu'une grande partie de la masse au repos de la mati??re ordinaire d??rive de la masse invariante contribu?? ?? la mati??re par les particules et les ??nergies cin??tiques qui ne ont pas de masse au repos eux-m??mes (seulement 1% de la masse reste de la mati??re se explique par le reste masse de ses quarks fermioniques et ??lectrons). Du point de vue de la physique fondamentale, la masse est le nombre d??crivant dans lesquelles le repr??sentation de la petit groupe de la Groupe de Poincar?? transforme une particule. Dans le mod??le standard de la physique des particules, cette sym??trie est d??crit comme d??coulant d'une cons??quence d'un couplage des particules avec masse au repos ?? un plus postul??e domaine, connu sous le nom Champ de Higgs.

La masse totale de l' univers observable est estim?? ?? entre 10 et ⁵² kg ⁵³ kg 10, correspondant ?? la masse au repos comprise entre 10 ⁷⁹ et 10 ⁸⁰ protons .

Unit??s de masse

Le kilogramme est l'un des sept unit??s de base du SI ; parmi ceux-ci, il est l'un des trois, y compris la seconde et le kelvin , qui sont d??finies ad hoc, sans r??f??rence ?? une autre unit?? de base. Depuis 1889, le kilogramme a ??t?? d??fini au moyen du prototype international kg .

??chelles de la balance permettent de comparer directement la masse gravitationnelle dans un champ gravitationnel. Ces dispositifs ont ??t?? en usage depuis au moins le Moyen ??ge du Bronze (montr?? est un ??quilibre pour peser le tabac datant du milieu du 19e si??cle).

Dans le Syst??me international d'unit??s (SI), la masse est mesur??e en kilogrammes (kg). Le gramme (g) est _^1/1000 d'un kilogramme. Le programme a d'abord ??t?? introduit en 1795, avec une d??finition bas??e sur la densit?? de l'eau (de sorte qu'?? la temp??rature de fusion de la glace , un centim??tre cube d'eau aurait une masse d'un gramme, tandis que le compteur au moment ??t?? d??finie comme la 10000000??me partie de la distance de l' ??quateur de la Terre ?? la P??le Nord). Depuis 1889, le kilogramme a ??t?? d??fini comme la masse du prototype international kg , et en tant que tel est ind??pendant du compteur, ou les propri??t??s de l'eau. En Octobre 2011, le 24 Conf??rence g??n??rale des poids et mesures r??solues ?? ??prendre note de l'intention" de red??finir le kilogramme en termes de La constante de Planck, pr??vue pour 2014.

D'autres unit??s sont accept??es pour une utilisation dans SI:

• Le tonne (t) est ??gale ?? 1000 kg.
• Le ??lectronvolt (eV) est principalement une unit?? de l'??nergie , mais ?? cause de la l'??quivalence masse-??nergie, il peut ??galement fonctionner comme une unit?? de masse. Dans ce contexte, il est not?? eV / c ^2, ou tout simplement comme eV. L'??lectronvolt est commun dans la physique des particules .
• Le unit?? de masse atomique (u) est d??finie de sorte qu'un seul atome de carbone-12 a une masse de 12 u; U 1 est d'environ 1,66 ?? 10 ^-27 kg. L'unit?? de masse atomique est pratique pour exprimer les masses des atomes et des mol??cules.

En dehors du syst??me SI, une vari??t?? de diff??rentes unit??s de masse sont utilis??s, selon le contexte, comme la slug (sl), le livre (lb), le Masse de Planck (m _P), et de la masse solaire.

En situation normale, le poids d'un objet est proportionnelle ?? sa masse, ce qui fait qu'il est souvent pose pas de probl??me ?? utiliser la m??me unit?? pour les deux concepts. Cependant, la distinction entre la masse et le poids devient important pour les mesures avec une pr??cision meilleure que quelques pour cent (en raison de l??g??res diff??rences dans l'intensit?? de la Champ gravitationnel ?? diff??rents endroits de la Terre), et pour les lieux ??loign??s de la surface de la Terre, tels que dans l'espace ou sur d'autres plan??tes.

Une masse peut parfois ??tre exprim??e en termes de longueur. La masse d'une tr??s petite particule peut ??tre identifi?? avec son inverse Compton longueur d'onde (cm ^-1 1 ≈ 3,52 x 10 ^-41 kg). La masse d'une tr??s grande ??toile ou trou noir peut ??tre identifi?? avec son Rayon de Schwarzschild (1 cm ≈ 6,73 ?? 10 ²⁴ kg).

R??sum?? des concepts et formalismes de masse

Dans la m??canique classique , la masse a un r??le central dans la d??termination du comportement des corps. seconde loi de Newton concerne la vigueur F exerc??e dans un corps de masse m du corps acc??l??ration de un:

.

En outre, la masse d'un corps concerne dynamique p ?? son lin??aire vitesse v:

,

et le corps de l'??nergie cin??tique K ?? sa vitesse:

.

Dans la relativit?? restreinte , masse relativiste est un formalisme qui tient compte des effets relativistes en ayant l'augmentation de la masse avec la vitesse.

Puisque l'??nergie d??pend de la trame de r??f??rence (?? l'observateur), il est commode de formuler les ??quations de la physique de telle sorte que les valeurs de masse sont invariantes (ne pas changer) entre les observateurs, et de sorte que les ??quations sont ind??pendants l'un de l'observateur. Pour une seule particule, cette quantit?? est la masse au repos; pour un syst??me de particules reli??es ou non, cette quantit?? est la masse invariante. La masse invariante M d'un corps est li?? ?? son ??nergie E et l'ampleur de son ??lan par p

o?? c est la vitesse de la lumi??re .

R??sum?? des concepts li??s ?? la masse

La relation entre les propri??t??s de la masse et de leurs constantes physiques associ??s. Chaque objet massif est cens?? pr??senter tous les cinq propri??t??s. Toutefois, en raison de tr??s grandes ou tr??s petites constantes, il est g??n??ralement impossible de v??rifier plus de deux ou trois propri??t??s pour ne importe quel objet.

• Le Rayon de Schwarzschild (r _s) repr??sente la capacit?? de la masse pour provoquer une courbure dans l'espace et le temps.
• Le gravitationnelle param??tre standard (μ) repr??sente la capacit?? d'un corps massif pour exercer des forces de gravitation de Newton sur d'autres organes.
• Masse inertielle (m) repr??sente la r??ponse newtonienne de la masse des forces.
• ??nergie au repos (E ₀₎ repr??sente la capacit?? de la masse pour ??tre converti en d'autres formes d'??nergie.
• Le Compton longueur d'onde (λ) repr??sente la r??ponse quantique de la masse ?? la g??om??trie locale.

En sciences physiques , on peut distinguer conceptuellement entre au moins sept aspects diff??rents de la masse, ou sept notions physiques qui impliquent le concept de masse:

• La quantit?? de la mati??re dans certains types d'??chantillons peut ??tre exactement d??termin??e par ??lectrod??position ou d'autres processus pr??cis . La masse d'un ??chantillon exact est d??termin?? en partie par le nombre et le type d'atomes ou de mol??cules qu'il contient, et en partie par l'??nergie impliqu??e dans la liaison ensemble (ce qui contribue un n??gatif "masse manquante", ou le d??ficit de masse).

• Masse inertielle est une mesure de la r??sistance d'un objet ?? l'??volution de son ??tat de mouvement lorsqu'un vigueur est appliqu??e. Elle est d??termin??e en appliquant une force ?? un objet et de mesure de l'acc??l??ration r??sultant de cette force. Un objet avec une petite masse inertielle permettra d'acc??l??rer plus qu'un objet avec une grande masse d'inertie sous l'action de la m??me force. On dit le corps de plus grande masse a une plus grande inertie.

• Masse gravitationnelle active (* voir ci-dessous) est une mesure de la force d'un objet de gravitationnelle flux (flux gravitationnel est ??gale ?? l'int??grale de surface du champ de gravit?? sur une surface de d??limitation). Champ gravitationnel peut ??tre mesur??e en permettant un petit 'objet de test ??pour tomber librement et en mesurant sa acc??l??ration en chute libre. Par exemple, un objet en chute libre pr??s de la Lune va ??prouver moins de champ gravitationnel, et donc acc??l??rer plus lent que le m??me objet serait si elle ??tait en chute libre pr??s de la Terre. Le champ gravitationnel pr??s de la Lune est plus faible parce que la Lune a une masse gravitationnelle moins actif.

• Masse gravitationnelle Passif (* voir ci-dessous) est une mesure de la force de l'interaction de l'objet avec une champ gravitationnel. Masse gravitationnelle passif est d??termin??e en divisant le poids d'un objet par son acc??l??ration en chute libre. Deux objets dans le m??me champ gravitationnel conna??tront la m??me acc??l??ration; Toutefois, l'objet avec une masse gravitationnelle petit passive conna??tra une force plus petite (moins de poids) que l'objet d'une plus grande masse gravitationnelle passive.

• L'??nergie a ??galement massique selon le principe de ??quivalence masse-??nergie. Cette ??quivalence est illustr?? dans un grand nombre de processus physiques, y compris la production de paires, fusion nucl??aire, et la gravitation flexion de la lumi??re. la production de paires et la fusion nucl??aire sont des processus ?? travers lequel des quantit??s mesurables de masse et l'??nergie sont converties dans l'autre. Dans la courbure gravitationnelle de la lumi??re, les photons d'??nergie pure sont pr??sent??s ?? pr??senter un comportement similaire ?? la masse gravitationnelle passive.

• Courbure de l'espace-temps est une manifestation relativiste de l'existence de la masse. Courbure est extr??mement faible et difficile ?? mesurer. Pour cette raison, la courbure n'a pas ??t?? d??couvert jusqu'?? ce qu'il a ??t?? pr??dit par la th??orie d'Einstein de la relativit?? g??n??rale. Extr??mement pr??cise horloges atomiques ?? la surface de la terre, par exemple, se trouvent ?? mesurer moins de temps (plus lent) que les horloges semblables dans l'espace. Cette diff??rence de temps ??coul?? est une forme de courbure appel??e gravitationnelle dilatation du temps. D'autres formes de courbure ont ??t?? mesur??s ?? l'aide du Gravity Probe B par satellite.

• Quantum masse se manifeste comme une diff??rence entre le montant d'un objet sa fr??quence et nombre d'onde. La masse quantique d'un ??lectron, le Compton longueur d'onde, peut ??tre d??termin?? par diverses formes de spectroscopie et est ??troitement li??e ?? la Constante de Rydberg, le Rayon de Bohr, et la ??lectron. La masse quantique des objets plus grands peut ??tre directement mesur??e en utilisant un ??quilibre watts. En m??canique quantique relativiste, la masse est l'une des ??tiquettes de repr??sentation irr??ductibles du groupe de Poincar??.

* NOTE: La distinction entre "actif" et "passif" masse gravitationnelle ne existe pas dans la vue de gravit?? newtonienne que l'on trouve dans la m??canique classique , et peut ??tre ignor?? par les la??cs. (Dans la plupart des applications pratiques, la gravitation newtonienne est utilis?? parce qu'il est g??n??ralement suffisamment pr??cise, et est plus simple que la relativit?? g??n??rale, par exemple, la NASA utilise la gravit?? principalement newtonienne de concevoir des missions spatiales, bien que "des pr??cisions sont r??guli??rement am??lior??s en tenant compte de minuscules effets relativistes" .) La distinction entre "actif" et "passif" est tr??s abstrait, et se applique ?? des applications de niveau post-universitaire de la Relativit?? G??n??rale ?? certains probl??mes dans la cosmologie, et est par ailleurs pas utilis??. Il ya, n??anmoins, une distinction conceptuelle importante en physique newtonienne entre "masse d'inertie" et "masse gravitationnelle", bien que ces quantit??s sont identiques; la distinction conceptuelle entre ces deux d??finitions fondamentales de la masse est maintenu ?? des fins d'enseignement car ils impliquent deux m??thodes distinctes de mesure. Il a ??t?? longtemps consid??r?? comme anormal que les deux mesures distinctes de masse (inertiels et gravitationnels) ont donn?? le r??sultat identique. La propri??t?? observ??, not?? par Galileo, selon laquelle des objets de diff??rentes chute de masse avec le m??me taux d'acc??l??ration (en ignorant la r??sistance de l'air), est une expression du fait que la masse inertielle et gravitationnelle sont identiques.

Pour r??sumer, chaque exp??rience ?? ce jour a montr?? les sept valeurs ci-dessus pour ??tre proportionnel, et dans certains cas d'??galit??, cette proportionnalit?? et donne lieu ?? la notion abstraite de masse. Si, dans certains future exp??rience, l'un des ph??nom??nes li??s ?? la masse se av??re pas proportionnelle aux autres, alors ce ph??nom??ne sp??cifique ne sera plus consid??r??e comme une partie de la notion abstraite de la masse.

Poids et le montant

Repr??sentation de d??but des balances dans le Papyrus de Houn??fer (dat?? du 19??me dynastie, ca. 1285 BC). Les spectacles de sc??ne Anubis pes??e du coeur de Houn??fer.

Poids, par d??finition, est une mesure de la force qui doit ??tre appliqu??e pour soutenir un objet (ie, maintenez-le au repos) dans un champ gravitationnel. Le champ gravitationnel de la Terre provoque des ??l??ments proches de la Terre ont un poids. Typiquement, les champs gravitationnels ne changent que marginalement sur de courtes distances, et le champ de la Terre est presque uniforme ?? tous les endroits sur la surface de la Terre; par cons??quent, le poids d'un objet change l??g??rement quand il est d??plac?? d'un endroit ?? un autre, et ces petits changements est pass?? inaper??u pendant la majeure partie de l'histoire. Cela peut avoir donn?? les premiers humains l'impression que le poids est une propri??t?? fondamentale immuable des objets dans le monde mat??riel. En outre, la mesure de poids en utilisant une balance ne est pas affect??e par les variations de force du champ gravitationnel, et donc ce ??tait un non-probl??me dans les premiers temps.

Dans l'Egyptien illustration religieuse vers la droite, Anubis utilise une balance pour peser le coeur de Houn??fer. Un ??chelle de balance ??quilibre la force du poids d'un objet contre la force du poids d'un autre objet. Les deux c??t??s de l'??chelle de l'??quilibre sont suffisamment proche pour que les objets subissent champs gravitationnels similaires. Par cons??quent, se ils ont des masses similaires alors leurs poids seront ??galement similaire. Cela permet l'??chelle, par des poids comparant, ?? comparer ??galement masses, et lui donne la particularit?? d'??tre une des plus anciennes dispositifs connus capables de mesurer la masse.

Le concept de montant est tr??s vieux et ant??rieure ?? l'histoire, de sorte que toute description de l'??volution rapide de ce concept est de nature sp??culative. Cependant, on peut raisonnablement supposer que les humains, ?? un ??poque d??but, ont compris que le poids d'une collection d'objets similaires ??tait directement proportionnelle au nombre d'objets de la collection:

o?? W est le poids de la collection d'objets similaires, et n est le nombre d'objets dans la collection. La proportionnalit??, par d??finition, implique que les deux valeurs ont une constante rapport:

, Ou de mani??re ??quivalente

Par cons??quent, les normes de poids historiques ??taient souvent d??finis en termes de quantit??s. Les Romains, par exemple, utilis?? le graine de caroube ( carats ou siliqua) comme ??talon de mesure. Si le poids d'un objet est ??quivalent ?? 1728 graines de caroube, l'objet a ??t?? dit ?? peser une livre romaine. Si, d'autre part, le poids de l'objet ??tait ??quivalente ?? 144 graines de caroube puis l'objet a ??t?? dit ?? peser une once romaine (uncia). Le livre romaine et onces ont tous deux ??t?? d??finies en termes de taille diff??rentes collections de la m??me norme masse commune, la graine de caroube. Le rapport d'une once romaine (144 graines de caroube) ?? un livre romaine (1728 graines de caroube) ??tait:

Cet exemple illustre un ph??nom??ne fr??quent dans la science physique: lorsque les valeurs sont li??es par des fractions simples, il ya une bonne possibilit?? que les valeurs proviennent d'une source commune.

Divers atomes et des mol??cules comme illustr?? dans John Dalton un nouveau syst??me d 'de la philosophie chimique (1808)

Le nom atome vient du grec ἄτομος / ??tomos, α-τέμνω, ce qui signifie ins??cable, quelque chose qui ne peut ??tre divis?? plus loin. Le concept philosophique qui pourrait ??tre compos?? de mati??re unit??s discr??tes qui ne peuvent ??tre divis??es a ??t?? autour depuis mill??naires. Toutefois, la preuve empirique et l'acceptation universelle de l'existence des atomes ne se produisent pas jusqu'?? ce que le d??but du 20e si??cle.

Comme la science de la chimie m??ri, preuve exp??rimentale de l'existence des atomes est venu de la loi des proportions multiples. Lorsque deux ou plusieurs ??l??ments combin??s pour former un compos??, leurs masses sont toujours dans un rapport fixe et d??termin??. Par exemple, le rapport massique de l'azote ?? l'oxyg??ne dans l'oxyde nitrique est sept huit. L'ammoniac a un hydrog??ne ?? l'azote rapport massique de trois quatorzi??mes. Le fait que les masses ??l??mentaires combin??s dans des fractions simples sugg??re que tous masse ??l??mentaire provient d'une source commune. En principe, la situation de la masse atomique est analogue ?? l'exemple ci-dessus des unit??s de masse romains. Le livre romaine et onces ont tous deux ??t?? d??finies en termes de taille diff??rentes collections de graines de caroube, et par cons??quent, les deux unit??s de masse ont ??t?? li??s les uns aux autres par une fraction simple. Comparativement, puisque toutes les masses atomiques sont li??s entre eux par des fractions simples, alors peut-??tre les masses atomiques sont juste diff??rentes collections de taille de certains unit?? fondamentale commune de masse.

En 1805, le chimiste John Dalton a publi?? sa premi??re table de poids atomiques relatives, ??num??rant six ??l??ments, hydrog??ne , oxyg??ne , azote , carbone , soufre et phosphore , et l'attribution de l'hydrog??ne une masse atomique de 1. Et en 1815, le chimiste William Prout a conclu que l'atome d'hydrog??ne est en fait l'unit?? de masse fondamentale ?? partir de laquelle toutes les autres masses atomiques ont ??t?? d??riv??es.

Les atomes de carbone dans le graphite (image obtenue avec un tunnel ?? balayage de microscope)

Si L'hypoth??se de Prout avait av??r??es exactes, alors le concept abstrait de la masse, comme nous le savons maintenant il, ne auraient jamais ??volu??, depuis la masse pourrait toujours ??tre d??fini en termes de montants de la masse atomique de l'hydrog??ne. L'hypoth??se de Prout; cependant, se est av??r?? ??tre inexacts dans deux grands ??gards. Premi??rement, de nouvelles avanc??es scientifiques ont r??v??l?? l'existence de particules plus petites, telles que des ??lectrons et quarks , dont les masses ne sont pas li??s par des fractions simples. Et en second lieu, les masses ??l??mentaires se sont r??v??l??es ne pas ??tre un multiple exact de l'atome d'hydrog??ne de masse, mais plut??t, ils ??taient pr??s multiples. La th??orie de la relativit?? d'Einstein a expliqu?? que lorsque les protons et les neutrons sont r??unis pour former un noyau atomique , une partie de la masse du noyau est lib??r??e sous forme de ??nergie de liaison. Le plus ??troitement li?? le noyau, plus l'??nergie est perdue lors de la formation et de cette perte d'??nergie de liaison provoque les masses ??l??mentaires ?? ne pas ??tre li??s par des fractions simples.

Un atome d'hydrog??ne, par exemple, avec un proton, a un poids atomique d'1.007825 u. Le plus abondant isotope de fer a 26 protons et 30 neutrons, donc on pourrait se attendre ?? son poids atomique d'??tre 56 fois sup??rieur ?? celui de l'atome d'hydrog??ne, mais en fait, son poids atomique est seulement 55,9383 u, ce qui ne est clairement pas un nombre entier multiple de 1,007825. L'hypoth??se de Prout a ??t?? prouv?? inexactes ?? bien des ??gards, mais les concepts abstraits de masse atomique et le montant de continuer ?? jouer un r??le influent dans la chimie, et la unit?? de masse atomique continue d'??tre l'unit?? de choix pour de tr??s petites mesures de masse.

Messes pour une utilisation avec des balances

Quand les Fran??ais a invent?? le syst??me m??trique ?? la fin du 18??me si??cle, ils ont utilis?? un montant ?? d??finir leur unit?? de masse. La kg a ??t?? initialement d??fini comme ??tant ??gal ?? la masse de la quantit?? de l'eau pure contenue dans un r??cipient d'un litre. Cette d??finition, cependant, ??tait insuffisant pour les exigences de pr??cision de la technologie moderne, et le kilogramme m??trique a ??t?? red??finie en termes de un bar platine-iridium artificiel connu sous le nom kg internationale de prototype.

La masse gravitationnelle

Masse gravitationnelle actif est une propri??t?? de la masse d'un objet qui produit un champ gravitationnel dans l'espace entourant l'objet, et ces champs gravitationnels r??gissent les structures ?? grande ??chelle dans l' Univers . Champs gravitationnels d??tiennent les galaxies ensemble. Ils provoquent des nuages de gaz et poussi??re se concentre en ??toiles et plan??tes . Ils fournissent la pression n??cessaire pour la fusion nucl??aire de se produire dans les ??toiles. Et ils d??terminent la orbites de divers objets dans le syst??me solaire . Depuis effets gravitationnels sont tout autour de nous, il est impossible de cerner la date exacte ?? laquelle les humains d'abord d??couvert la masse gravitationnelle. Cependant, il est possible d'identifier certaines des ??tapes importantes vers notre compr??hension moderne de la masse gravitationnelle et sa relation avec les autres ph??nom??nes de masse. Certains termes associ??s ?? la masse gravitationnelle et ses effets sont les Gaussienne constante gravitationnelle, la param??tre gravitationnelle standard et le Rayon de Schwarzschild.

Masse gravitationnelle de Kepler

Johannes Kepler 1610

Anglais nom		Les plan??tes de Kepler
		Demi-grand axe	P??riode orbitale sid??ral	Messe de Sun
Mercure		0,387 099 UA	0,240 842 ann??e sid??rale
V??nus		0,723 332 UA	0,615 187 ann??e sid??rale
Terre		1,000 000 UA	1,000 000 ann??e sid??rale
Mars		1,523 662 UA	1,880 816 ann??e sid??rale
Jupiter		5,203 363 UA	11,861 776 ann??e sid??rale
Saturne		9,537 070 UA	29,456 626 ann??e sid??rale

Johannes Kepler ??tait le premier ?? donner une description pr??cise des orbites des plan??tes, et, ce faisant; il fut le premier ?? d??crire la masse gravitationnelle. En 1600, Kepler a cherch?? un emploi avec Tycho Brahe et par cons??quent a eu acc??s ?? des donn??es astronomiques d'une pr??cision sup??rieure ?? ceux qui sont d??j?? disponibles. En utilisant des observations pr??cises de Brahe de la plan??te Mars, Kepler est rendu compte que les m??thodes traditionnelles astronomiques ??taient inexactes dans leurs pr??dictions, et il a pass?? les cinq prochaines ann??es ?? d??velopper sa propre m??thode pour caract??riser le mouvement des plan??tes.

En d??finitive mod??le plan??taire de Kepler, il a d??crit avec succ??s orbites plan??taires comme suivant elliptiques chemins avec le Soleil en un point focal de l'ellipse. Le concept de masse gravitationnelle actif est une cons??quence imm??diate de Kepler de la troisi??me loi du mouvement plan??taire . Kepler a d??couvert que le carr?? de la p??riode orbitale de chaque plan??te est directement proportionnelle ?? la cube de la demi-grand axe de son orbite, ou de mani??re ??quivalente, que le rapport de ces deux valeurs est constante pour toutes les plan??tes dans le syst??me solaire . Ce rapport constant est une mesure directe de la masse gravitationnelle active du Soleil, elle a unit??s de distance cubes par temps au carr??, et est connu comme le Param??tre gravitationnel standard:

Anglais nom		Les lunes galil??ennes
		Demi-grand axe	P??riode orbitale sid??ral	Masse de Jupiter
Io		0,002 819 UA	0,004 843 ann??e sid??rale
Europa		0,004 486 UA	0,009 722 ann??e sid??rale
Ganym??de		0,007 155 UA	0,019 589 ann??e sid??rale
Callisto		0,012 585 UA	0,045 694 ann??e sid??rale

En 1609, Johannes Kepler a publi?? ses trois r??gles connus comme Lois de Kepler, en expliquant comment les plan??tes suivent des orbites elliptiques sous l'influence du Soleil Le 25 Ao??t de la m??me ann??e, Galileo Galilei de d??montrer son premier t??lescope ?? un groupe de marchands v??nitiens, et au d??but de Janvier de 1610, Galileo a observ?? quatre objets faibles pr??s de Jupiter, qu'il prenait pour ??toiles. Cependant, apr??s quelques jours d'observation, Galileo est rendu compte que ces ????toiles?? ??taient en fait en orbite autour de Jupiter. Ces quatre objets (nomm??s plus tard, le Lunes galil??ennes en l'honneur de leur d??couvreur) ont ??t?? les premiers corps c??lestes observ??s en orbite quelque chose d'autre que la Terre et du Soleil Galileo a continu?? ?? observer ces lunes au cours des dix-huit prochains mois, et par le milieu de 1611, il avait obtenu des estimations remarquablement pr??cises pour leurs p??riodes. Plus tard, le demi-grand axe de chaque moon a ??galement estim??, permettant ainsi la masse gravitationnelle de Jupiter pour ??tre d??termin?? ?? partir des orbites de ses lunes. La masse gravitationnelle de Jupiter a ??t?? trouv?? ?? environ un milli??me de la masse gravitationnelle du Soleil

Champ gravitationnel galil??en

Galileo Galilei 1636

Distance parcourue par une balle en chute libre est proportionnelle au carr?? du temps ??coul??

Quelque temps avant 1638, Galileo a tourn?? son attention sur le ph??nom??ne de chute d'objets sous l'influence de la gravit?? terrestre, et il a ??t?? activement tente de caract??riser ces motions. Galileo ne ??tait pas le premier ?? enqu??ter sur le champ gravitationnel de la Terre, il ne ??tait pas le premier ?? d??crire avec pr??cision ses caract??ristiques fondamentales. Toutefois, la d??pendance de Galileo sur l'exp??rimentation scientifique pour ??tablir des principes physiques aurait un effet profond sur les futures g??n??rations de scientifiques. Galileo a utilis?? un certain nombre d'exp??riences scientifiques pour caract??riser le mouvement de chute libre. On ne sait pas se il se agissait simplement exp??riences hypoth??tiques utilis??s pour illustrer un concept, ou se ils ??taient de v??ritables exp??riences r??alis??es par Galileo, mais les r??sultats obtenus ?? partir de ces exp??riences ??taient ?? la fois r??aliste et convaincante. Une biographie par l'??l??ve de Galileo Vincenzo Viviani a d??clar?? que Galil??e avait chut?? boules de la m??me mati??re, mais des masses diff??rentes, de la Tour de Pise pour d??montrer que leur temps de descente ??tait ind??pendante de leur masse. ?? l'appui de cette conclusion, Galileo avait avanc?? l'argument th??orique suivante: Il m'a demand?? si deux corps de masses diff??rentes et diff??rents taux de chute sont li??s par une cha??ne, le syst??me combin?? ne tombe plus vite parce qu'il est maintenant plus massive, ou fait le briquet corps dans sa chute lente retenir le corps plus lourd? La seule solution convaincante ?? cette question est que tous les organismes doivent se situer au m??me rythme.

Une exp??rience plus tard, a ??t?? d??crit dans deux nouvelles sciences de Galileo publi??s en 1638. Un des personnages fictifs de Galil??e, Salviati, d??crit une exp??rience utilisant une boule de bronze et une rampe en bois. La rampe en bois ??tait "12 coud??es de long, une demi-coud??e de large et trois de doigt d'??paisseur" avec une ligne droite, lisse et polie rainure. La gorge ??tait bord??e de " parchemin, aussi lisse et polie que possible ". Et dans cette gorge a ??t?? plac???? un dur, lisse et tr??s rond bronze balle ". La rampe a ??t?? inclin?? ?? diff??rents angles pour ralentir l'acc??l??ration assez pour que le temps ??coul?? peut ??tre mesur??e. Le . balle a ??t?? autoris?? ?? rouler sur une distance connue bas de la rampe, et le temps pris pour la balle de se d??placer de la distance connue a ??t?? mesur??e Le temps a ??t?? mesur??e en utilisant une horloge ?? eau d??crite comme suit:

"Un grand r??cipient d'eau plac?? dans une position ??lev??e; au fond de ce navire a ??t?? soud?? un tuyau de petit diam??tre donnant une mince jet d'eau, qui nous avons recueilli dans un petit verre pendant le temps de chaque descente, que ce soit pour l'ensemble longueur du canal ou pour une partie de sa longueur, l'eau ainsi recueillie a ??t?? pes??, apr??s chaque descente, sur un ??quilibre tr??s pr??cis; les diff??rences et les rapports de ces poids nous ont donn?? les diff??rences et les rapports de l'??poque, et cela avec une telle pr??cision que, bien que l'op??ration a ??t?? r??p??t??e de nombreuses fois, il n'y avait aucune diff??rence appr??ciable dans les r??sultats ".

Galileo a constat?? que pour un objet en chute libre, la distance que l'objet est tomb?? est toujours proportionnelle au carr?? du temps ??coul??:

Galileo Galilei est mort ?? Arcetri, Italie (pr??s de Florence), le 8 Janvier 1642. Galileo avait montr?? que les objets en chute libre sous l'influence du champ gravitationnel de la Terre ont une acc??l??ration constante, et contemporain, Johannes Kepler de Galil??e, avait montr?? que les plan??tes suivre des trajectoires elliptiques sous l'influence de la masse gravitationnelle du Soleil. Cependant, la relation entre le champ gravitationnel de Galileo et masse gravitationnelle de Kepler ne ??tait pas compris pendant la vie de Galil??e.

Masse gravitationnelle de Newton

Isaac Newton 1689

Lune		Masse de la Terre
Demi-grand axe	P??riode orbitale sid??ral
0,002 569 UA	0,074 802 ann??e sid??rale
La gravit?? de la Terre	Rayon de la Terre
65 9,806 m / s 2	6 375 km

Robert Hooke a publi?? son concept de forces gravitationnelles en 1674, d??clarant que, tous les organes C??lestial que ce soit, ont une attraction ou le pouvoir gravitant vers leurs propres centres [et] ils ne attirent ??galement tous les autres organes C??lestial qui sont dans la sph??re de leur activit?? . Il affirme en outre que l'attraction gravitationnelle augmente de combien le plus pr??s du corps forg?? sur est de leur propre centre. Dans une correspondance de 1679-1680 entre Robert Hooke et Newton , Hooke conjecture que les forces gravitationnelles pourraient baisser, selon le double de la distance entre les deux organes. Hooke a exhort?? Newton, qui a ??t?? un pionnier dans le d??veloppement de calcul , de travailler ?? travers les d??tails math??matiques de orbites de Kepler pour d??terminer si l'hypoth??se de Hooke ??tait correcte. Propres enqu??tes de Newton v??rifi?? que Hooke ??tait correcte, mais en raison de diff??rences personnelles entre les deux hommes, Newton choisi de ne pas r??v??ler ce ?? Hooke. Isaac Newton a gardé le silence sur ses découvertes jusqu'à 1684, date à laquelle il dit à un ami, Edmond Halley , qu'il avait résolu le problème des orbites gravitationnelles, mais avait égaré la solution dans son bureau. Après avoir été encouragé par Halley, Newton a décidé de développer ses idées sur la gravité et de publier l'ensemble de ses conclusions. En Novembre 1684, Isaac Newton a envoyé un document à Edmund Halley, désormais perdu, mais présumé avoir été intitulé De motu corporum dans gyrum (latin pour "Sur le mouvement des corps dans une orbite"). Halley a présenté les conclusions de Newton à la Royal Society de Londres, avec une promesse qu'une présentation plus complète suivrait. Newton a enregistré plus tard ses idées dans un ensemble de trois livres, intitulé Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (latin: «Principes mathématiques de la philosophie naturelle"). Le premier a été reçu par la Royal Society le 28 Avril 1685 à 6, la seconde le 2 Mars 1686 au 7, et le troisième le 6 Avril 1686-7. La Royal Society a publié toute la collection de Newton à leurs propres frais mai 1686-7.

Isaac Newton avait comblé l'écart entre la masse gravitationnelle de Kepler et de Galilée accélération gravitationnelle, et prouvé la relation suivante:

oùgest l'accélération apparente d'un corps qui passe dans une région de l'espace où les champs gravitationnels existent,??est la masse gravitationnelle (paramètre gravitationnel standard) du corps causant champs gravitationnels, etRest la coordonnée radiale (la distance entre le centres des deux organes).

En trouvant la relation exacte entre la masse gravitationnelle d'un corps et son champ gravitationnel, Newton a fourni une seconde méthode pour mesurer la masse gravitationnelle. La masse de la Terre peut être déterminée en utilisant la méthode de Kepler (à partir de l'orbite de la Lune), ou elle peut être déterminée par mesure de l'accélération gravitationnelle sur la surface de la Terre, et en multipliant ce par le carré du rayon de la Terre. La masse de la Terre est d'environ trois millionièmes de la masse du Soleil À ce jour, aucune autre méthode précise pour mesurer la masse gravitationnelle a été découvert.

Le boulet de canon de Newton

Canon de Newton ??tait un pens?? exp??rience utilis?? pour combler le foss?? entre l'acc??l??ration gravitationnelle de Galileo et des orbites elliptiques de Kepler. Il est apparu en 1728 le livre de Newton Traité du système du monde . Selon le concept de Galileo de la gravitation, une pierre chuté tombe avec une accélération constante descendant vers la Terre. Cependant, Newton explique que quand on jette une pierre horizontalement (ce qui signifie le côté ou perpendiculaire à la gravité terrestre), il suit une trajectoire courbe. "Pour une pierre projetée est par la pression de son propre poids forcée hors de la trajectoire rectiligne, qui, par la projection seul, il aurait poursuivi et fait de décrire une ligne courbe dans l'air; et par le biais de cette façon tordue est enfin ramené au sol. Et plus la vitesse est avec laquelle il est prévu, plus elle va avant qu'il ne tombe à la Terre ".

Newton autres raisons que si un objet a été "projeté dans une direction horizontale depuis le sommet d'une haute montagne» avec une vitesse suffisante, "il serait tout à fait atteindre à la fin delà de la circonférence de la Terre, et de retour à la montagne à partir de laquelle il a été projeté . "L'expérience de pensée de Newton est illustré dans l'image vers la droite. Un canon au sommet d'une montagne très élevée tire un boulet de canon dans une direction horizontale. Si la vitesse est faible, il tombe tout simplement de retour sur Terre (chemins A et B). Cependant, si la vitesse est égale ou supérieure à un certain seuil ( de la vitesse orbitale), mais pas suffisamment élevée pour laisser Terre complètement ( vitesse de libération, chemin E), il continuera tournant autour de la terre le long d'une orbite elliptique (C et D).

Masse gravitationnelle universelle et la quantité

Le boulet de canon de Newton illustre la relation entre la masse gravitationnelle de la Terre et son champ gravitationnel; cependant, un certain nombre d'autres ambiguïtés restait encore. Robert Hooke avait affirmé en 1674 que: "Tous les corps célestes que ce soit, ont une attraction ou le pouvoir gravitant vers leurs propres centres", mais Hooke eu ni expliqué pourquoi cette attraction gravitant était unique de corps célestes, ni eu il a expliqué pourquoi l'attraction a été réalisé vers le centre d'un corps céleste.

Selon la théorie de Newton de la gravitation universelle, chaque graine de caroube produit champs gravitationnels. Par conséquent, si l'on devait rassembler un nombre immense de graines de caroube et de les former en une sphère énorme, alors le champ gravitationnel de la sphère serait proportionnelle au nombre de graines de caroube dans le domaine. Par conséquent, il devrait être théoriquement possible de déterminer le nombre exact de graines de caroube qui seraient nécessaires pour produire un champ gravitationnel similaire à celle de la Terre ou Soleil Et puisque les unités de poids romains ont tous été définis en termes de graines de caroube, alors la connaissance de la Terre, ou "la masse de graine de caroube" de Sun permettrait de calculer la masse en livres romains, ou en onces romains, ou toute autre unité romaine.

Vertical dessin de la section de torsion l'instrument de la balance de Cavendish y compris le bâtiment dans lequel il a été logé. Les grandes boules ont été suspendus à un cadre afin qu'ils puissent être tournés en position à côté des petites boules par une poulie de l'extérieur. Figure 1 du document de Cavendish.

Cette possibilité va au-delà unités romaines et de la graine de caroube. La livre avoirdupois britannique, par exemple, a été défini à l'origine pour être égale à 7,000 grains d'orge. Par conséquent, si l'on pouvait déterminer "la masse de grain d'orge" de la Terre (le nombre de grains d'orge nécessaires pour produire un champ gravitationnel similaire à celle de la Terre), alors cela permettrait de calculer la masse de la Terre en livres avoirdupois. En outre, le kilogramme d'origine a été défini comme étant égal à la masse à un litre d'eau pure (le kg moderne est définie par l'artificiel kg de prototype international). Ainsi, la masse de la Terre en kilogrammes pourrait théoriquement être déterminée par déterminer combien de litres d'eau pure (ou kilogrammes prototypes internationaux) seraient nécessaires pour produire des champs gravitationnels similaires à celles de la Terre. En fait, il est une simple question de l'abstraction à réaliser que toute unité de masse traditionnels peut théoriquement être utilisé pour mesurer la masse gravitationnelle.

Mesurer la masse gravitationnelle en termes d'unités de masse traditionnels est simple dans son principe, mais extrêmement difficile dans la pratique. Selon la théorie de Newton tous les objets produisent des champs gravitationnels et il est théoriquement possible de recueillir un nombre immense de petits objets et de les former en une énorme sphère de gravitation. Cependant, d'un point de vue pratique, les champs gravitationnels de petits objets sont extrêmement faibles et difficiles à mesurer. Et si l'on devait recueillir un nombre immense d'objets, la sphère résultant serait probablement trop grand pour construire sur la surface de la Terre, et trop coûteux à construire dans l'espace. Les livres de Newton sur la gravitation universelle ont été publiés dans les années 1680, mais la première mesure de succès de la masse de la Terre en termes d'unités de masse traditionnels, l' expérience Cavendish, n'a pas eu lieu jusqu'en 1797, plus de cent ans plus tard. Cavendish a constaté que la densité de la Terre était 5.448 ± 0.033 fois supérieure à celle de l'eau. En 2009, la masse de la Terre en kilogrammes est connu seulement à environ cinq chiffres de précision, tandis que sa masse gravitationnelle est connu pour plus de neuf chiffres significatifs.

Inertielle et masse gravitationnelle

Bien que la masse d'inertie, la masse gravitationnelle passive et masse gravitationnelle actif sont conceptuellement distincts, aucune expérience n'a jamais clairement démontré aucune différence entre eux. Dans la mécanique classique , la troisième loi de Newton implique que la masse gravitationnelle active et passive doit toujours être identiques (ou au moins proportionnelle), mais la théorie classique propose aucune raison convaincante pour laquelle la masse gravitationnelle doit être égale à la masse d'inertie. Ce qu'il fait est simplement un fait empirique.

Albert Einstein a développé sa théorie de la relativité générale départ de l'hypothèse que cette correspondance entre inertie et (passive) masse gravitationnelle est pas accidentel: qu'aucune expérience ne sera jamais détecter une différence entre eux (la version faible de la principe d'équivalence). Cependant, dans la théorie qui en résulte, la gravitation est pas une force et donc pas soumis à la troisième loi de Newton, si «l'égalité des inertielle et actif masse gravitationnelle [...] demeure énigmatique que jamais ".

Masse inertielle

Masse d'inertieest la masse d'un objet mesuré par sa résistance à l'accélération.

Pour comprendre ce que la masse d'inertie d'un corps est, on commence avec la mécanique classique et Lois du mouvement de Newton . Plus tard, nous allons voir comment notre définition classique de la masse doit être modifié si l'on prend en considération la théorie de la relativité restreinte , qui est plus précis que la mécanique classique. Toutefois, les implications de la relativité restreinte ne seront pas changer le sens de la «masse» dans toute façon essentielle.

Selonla deuxième loi de Newton, nous disons que le corps a une massemsi, à tout instant, il obéit à l'équation du mouvement

où F est la résultante la force agissant sur ??????le corps et un est l' accélération du centre de masse du corps. Pour le moment, nous allons mettre de côté la question de ce que "la force agissant sur ??????le corps" signifie réellement.

Cette équation montre comment se rapporte à la masse d'inertie d'un corps. Considérons deux objets de masses différentes. Si nous appliquons une force identique à chacun, l'objet avec une plus grande masse connaîtra une accélération plus petit, et l'objet avec une plus petite masse connaîtra une plus grande accélération. Nous pourrions dire que la plus grande masse exerce une plus grande "résistance" à l'évolution de son état ??????de mouvement en réponse à la force.

Toutefois, cette notion de l'application de forces "identiques" à des objets différents qui nous ramène au fait que nous avons pas vraiment défini ce une force est. Nous ne pouvons contourner cette difficulté avec l'aide de la troisième loi de Newton , qui stipule que si un objet exerce une force sur un second objet, il connaîtra une force égale et opposée. Pour être précis, supposons que nous avons deux objets x et y, avec constants inertie des masses m _X et m _Y . On isole les deux objets à partir de toutes les autres influences physiques, de sorte que les seules forces en présence sont la force exercée sur X par Y, que l'on note F _XY , et la force exercée sur Y par X, que l'on note F _YX . La deuxième loi de Newton affirme que

où un _X et un _Y sont les accélérations de X et Y, respectivement. Supposons que ces accélérations sont non nulles, de sorte que les forces entre les deux objets sont non nuls. Cela se produit, par exemple, si les deux objets sont sur ??????le point d'entrer en collision avec l'autre. La troisième loi de Newton déclare ensuite que

et ainsi

Notez que notre exigenced'un _Xêtre non-zéro assure que la fraction est bien défini.

Ceci est, en principe, comment nous pourrions mesurer la masse d'inertie d'un objet. Nous choisissons un objet "de référence" et de définir sa masse m _Y que (par exemple) un kilogramme. Ensuite, nous pouvons mesurer la masse de tout autre objet dans l'univers par la collision avec l'objet de référence et de mesurer les accélérations.

Masse gravitationnelle de Newton

Le concept newtonien de masse gravitationnelle repose sur La loi de la gravitation de Newton. Supposons que nous avons deux objets A et B, séparés par une distance R _AB . La loi de la gravitation stipule que si A et B ont des masses gravitationnelles M _UNE et M _B , respectivement, puis chaque objet exerce une force gravitationnelle sur l'autre, de grandeur

,

oùGest l'universel constante gravitationnelle.La déclaration ci-dessus peut être reformulée de la façon suivante: sigest l'ampleur à un endroit donné dans un champ gravitationnel, alors la force gravitationnelle sur un objet avec une masse gravitationnelleMest

.

Ceci est la base de masses qui sont déterminées par pesée. En simples balances à ressort, par exemple, la force F est proportionnelle au déplacement du printemps sous le plateau de pesée, selon la loi de Hooke, et les échelles sont étalonnée pour tenir g en compte, permettant la masse M à lire off. Un équilibre mesures de masse gravitationnelle; seul le ressort des mesures à l'échelle de poids.

Equivalence des masses d'inertie et gravitationnels

L'équivalence des masses d'inertie et gravitation est parfois appelé le «principe d'équivalence galiléen» ou le « principe d'équivalence faible ». La conséquence la plus importante de ce principe d'équivalence applique à des objets en chute libre. Supposons que nous ayons un objet avec inertiels et gravitationnels masses m et M , respectivement. Si la seule force agissant sur ??????l'objet vient d'un champ gravitationnel g , combinant la deuxième loi de Newton et la loi de gravitation donne l'accélération

Ceci indique que le rapport de la masse d'inertie gravitationnelle d'un objet quelconque est égale à une constante K si et seulement si tous les objets tombent à la même vitesse dans un champ gravitationnel donné. Ce phénomène est appelé le "universalité de la chute libre». (En outre, la constante K peut être considéré comme 1 en définissant nos unités de manière appropriée.)

Les premières expériences démontrant l'universalité de la chute libre ont été réalisées par Galileo . Il est communément dit que Galileo a obtenu ses résultats par la chute d'objets à partir de la tour penchée de Pise , mais cela est probablement apocryphe; en fait, il a effectué ses expériences avec des boules de roulement en baisse de près frictionaless plans inclinés pour ralentir le mouvement et d'augmenter la précision de la synchronisation. Expériences de plus en plus précises ont été réalisées, telles que celles effectuées par Loránd Eötvös, en utilisant la torsion équilibre pendule, en 1889. En 2008, aucun écart par rapport à l'universalité, et donc de l'équivalence de Galilée, n'a jamais été trouvé, au moins à la précision 10 ^-12 . efforts expérimentaux plus précis sont encore en cours.

L'universalité de la chute libre applique uniquement aux systèmes dans lesquels la gravité est la seule force agissant. Tous les autres forces, en particulier frottement et la résistance de l'air, doivent être absents ou au moins négligeable. Par exemple, si un marteau et une plume sont supprimés de la même hauteur dans l'air sur la Terre, la plume prendra beaucoup plus de temps pour atteindre le sol; la plume est pas vraiment en libre -fall parce que la force de résistance de l'air vers le haut contre la plume est comparable à la force vers le bas de la gravité. D'autre part, si l'expérience est effectuée dans un vide, dans lequel il n'y a pas de résistance de l'air, le marteau et l'angle de croisement doit frapper le sol à la même heure (en supposant que l'accélération des deux objets l'un vers l'autre, et de la sol vers les deux objets, pour sa part, est négligeable). Cela peut facilement être fait dans un laboratoire de haute école en laissant tomber les objets dans des tubes transparents qui ont l'air enlevé avec une pompe à vide. Il est encore plus dramatique lorsqu'il est effectué dans un environnement qui a naturellement un vide, comme David Scott a fait sur ??????la surface de la Lune au cours Apollo 15.

Une version plus forte du principe d'équivalence, connu comme le principe d'équivalence d'Einstein ou principe d'équivalence forte , se trouve au c??ur de la théorie de la relativité générale . Le principe d'équivalence d'Einstein affirme que, dans suffisamment petites régions de l'espace-temps, il est impossible de distinguer entre une accélération uniforme et un champ gravitationnel uniforme. Ainsi, la théorie postule que la force agissant sur ??????un objet massif causé par un champ gravitationnel est le résultat de la tendance de l'objet à déplacer en ligne droite (en d'autres termes son inertie) et devrait donc être fonction de sa masse inertielle et de la la force du champ gravitationnel.

Masse et d'énergie dans la relativité spéciale

Le terme de masse en relativité restreinte se réfère généralement à la masse au repos de l'objet, qui est la masse newtonienne telle que mesurée par un observateur se déplaçant avec l'objet. Le masse invariante est un autre nom pour la masse au repos de particules simples. Cependant, plus la masse invariante générale (calculée par une formule plus complexe) peut également être appliquée à des systèmes de particules en mouvement relatif, et de ce fait, est habituellement réservée aux systèmes qui sont constitués de particules de haute énergie largement séparées. La masse invariante de systèmes est le même pour tous les observateurs et les cadres d'inertie, et ne peut pas être détruite, et est ainsi conservée, tant que le système est fermé. Dans ce cas, «fermeture» implique qu'une limite idéalisée est tracé autour du système, et pas de masse / énergie est autorisé à travers elle.

Dans la mesure où l'énergie est conservée dans des systèmes fermés de la relativité, la masse d'un système est également une quantité qui est conservée: cela signifie qu'il ne change pas au fil du temps, même si certains types de particules sont convertis en d'autres. Pour tout observateur donné, la masse de tout système est conservé séparément et ne peut pas changer au fil du temps, tout comme l'énergie est conservée séparément et ne peut pas changer au fil du temps. L'idée populaire erronée que la masse peut être converti en (sans masse) d'énergie en relativité est parce que certains matière particules peuvent dans certains cas être convertis en types d'énergie qui ne sont pas la matière (comme la lumière, l'énergie cinétique et l'énergie potentielle magnétique, électrique, et d'autres domaines). Cependant, cette confond «matière» (une chose non conservé et mal défini) de masse (qui est bien définie et est conservée). Même si pas considéré comme «matière», tous les types d'énergie continuent à présenter de masse dans la relativité. Ainsi, la masse et l'énergie ne changent pas dans l'autre dans la relativité; plutôt, les deux sont des noms pour la même chose, et ni masse ni l'énergie semble sans l'autre. Particules "matière" ne peuvent pas être conservés dans les réactions à la relativité, mais la masse-système fermé est toujours.

Par exemple, une bombe nucléaire dans une boîte de super-forte idéalisée, assis sur une échelle, serait en théorie montrer aucun changement dans la masse quand explosé (bien que l'intérieur de la boîte serait beaucoup plus chaud). Dans un tel système, la masse de la boîte allait changer que si l'énergie ont été autorisés à sortir de la boîte comme la lumière ou à la chaleur. Cependant, dans ce cas, l'énergie retirée prendrait sa masse qui lui est associée. Laisser la chaleur d'un tel système est tout simplement une façon d'enlever la masse. Ainsi, la masse, comme l'énergie, ne peut être détruit, mais seulement déplacé d'un endroit à l'autre.

Dans les systèmes liés, l' énergie de liaison doit (souvent) être soustraite de la masse du système non lié, tout simplement parce que cette énergie a une masse, et cette masse est soustrait du système quand il se dégage, au moment où il est lié. La messe est pas conservée dans ce processus parce que le système ne soit pas fermé pendant le processus de liaison. Un exemple bien connu est l'énergie de liaison des noyaux atomiques , qui apparaît comme d'autres types d'énergie (tels que les rayons gamma) lorsque les noyaux sont formés, et (après avoir été dégagée) des résultats dans des nucléides qui ont moins de masse que les particules libres ( nucléons ) dont elles sont composées.

Le terme masse relativiste est également utilisé, et cela est la quantité totale d'énergie dans un corps ou d'un système (divisé par c ² ). La masse relativiste (d'un corps ou d'un système de corps) comprend une contribution de l'énergie cinétique du corps, et est plus gros plus vite le corps se déplace, si différent de la masse invariante, la masse relativiste dépend de l'observateur de cadre de r??ference. Toutefois, pour donnée unique cadres de référence et pour des systèmes fermés, la masse relativiste est également une quantité conservée.

Parce que la masse relativiste est proportionnelle à l'énergie, il a peu à peu tombé en désuétude parmi les physiciens. Il ya désaccord quant à savoir si le concept reste pédagogiquement utile.

Messe en la relativité générale

Dans la relativité générale , le principe d'équivalence est un des nombreux concepts connexes portant sur ??????l'équivalence des gravitationnelle et la masse inertielle . Au c??ur de cette affirmation est d'Albert Einstein l'idée que la force gravitationnelle telle qu'elle est vécue au niveau local tout en se tenant sur ??????un corps massif (comme la Terre) est le même que le pseudo-force de l'expérience par un observateur dans un non inertiel (accélérée) de référence.

Cependant, il se trouve qu'il est impossible de trouver une définition générale objective pour le concept de masse invariante en relativité générale. Au coeur du problème réside dans la non-linéarité des équations de champ d'Einstein, ce qui rend impossible d'écrire l'énergie du champ de gravitation dans le cadre du tenseur de contrainte-énergie d'une manière qui est invariante pour toutes les observateurs. Pour un observateur donné, ceci peut être réalisé par le stress pseudotensoriel-impulsion-énergie.

Messe dans la physique quantique

Dansla mécanique classique, la masse inerte d'une particule apparaît dans l'équation d'Euler-Lagrange comme un paramètrem,

.

Après quantification, en remplaçant le vecteur de positionxavec unefonction d'onde, le paramètremapparaît dans l'énergie cinétiqueopérateur,

.

Dans la ostensiblementcovariant (relativiste invariant)équation de Dirac, etunités naturelles, cela devient

Lorsque la "masse "paramètremest maintenant simplement une constante associée à l'quantique décrit par la fonction d'onde ??.

Dans le modèle standard de la physique des particules tels que développés dans les années 1960, il est la proposition que ce terme provient de l'accouplement de l'?? de champ à un ?? de champ supplémentaire, la soi-disant Champ de Higgs. Dans le cas des fermions, les résultats de mécanisme de Higgs dans le remplacement du terme m ?? dans le lagrangien avec . Cette décale le explanandum de la valeur pour la masse de chaque particule élémentaire à la valeur de la accouplements inconnue G _?? . La découverte d'un massif boson de Higgs serait considérée comme une forte confirmation de cette théorie. Mais il ya des preuves indirectes de la réalité de la brisure de symétrie électrofaible tel que décrit par le mécanisme de Higgs, et de la non-existence du boson de Higgs pourrait indiquer un " Description Higgsless "de ce mécanisme.

Origine de la masse

En physique théorique, un mécanisme de masse de génération est une théorie qui tente d'expliquer l'origine de la masse des lois les plus fondamentales de la physique . À ce jour, un certain nombre de différents modèles ont été proposés qui prônent des opinions différentes à l'origine de la masse. Le problème est compliqué par le fait que la notion de masse est fortement liée à l' interaction gravitationnelle , mais une théorie de ce dernier n'a pas encore été réconcilié avec le modèle actuellement populaire de la physique des particules , connu comme le Modèle Standard .

R??cup??r?? ?? partir de " http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Mass&oldid=545481593 "