Feladat: 2197. fizika feladat Korcsoport: 14-15 Nehézségi fok: könnyű
Füzet: 1988/január, 42 - 43. oldal  PDF file
Témakör(ök): Tömegpont mozgásegyenlete, Centrifugális erő, Körmozgás (Tömegpont mozgásegyenlete), Tökéletesen rugalmatlan ütközések, Rugalmas alakváltozások, Munkatétel, Hőkapacitás, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1987/február: 2197. fizika feladat

Tervezzünk olyan berendezést, amellyel megmérhetnénk egy test tömegét a súlytalanság állapotában!

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

Mérési módszerünk alapja lehet minden olyan fizikai jelenség, melynek matematikai leírására szolgáló képletben szerepel a tömeg.

 

1. F=ma, Newton II. törvénye.
Ha valamilyen módszerrel megmérjük a testre ható erőt és a test gyorsulását, akkor a tömeget már számolhatjuk. Például az űrhajónk falához hitelesített erőmérőt rögzítünk, és a testet ráakasztjuk. Az űrhajó gyorsulásmérőjén a gyorsulást, az erőmérőn az erőt olvashatjuk le. (1. ábra)
 
 
1. ábra
 

2. Centripetális erő, Fc=mω2r.
Ahhoz, hogy egy m tömegű testet r sugarú körpályán állandó körfrekvenciával mozgassunk, a fenti erő szükséges. Az r, ω, Fc mérésével a tömeg meghatározható. (2. ábra)
 
 
2. ábra
 

3. Energiamegmaradás
Ismert sebességű testet ismert rugóállandójú rugónak ütköztetve, a maximális benyomódás mérése lehetővé teszi a tömeg meghatározását.
12mv2=12kXmax2.

A mozgási energia teljes egészében rugóenergiává alakul. (3. ábra)
 
 
3.a ábra
 

 
 
3.b ábra
 

4. Lendületmegmaradás
Egy ismert m0 tömegű test és a mérendő test közé madzaggal összekötött rugót helyezünk. A madzagot elégetve a testek szétlökődnek. Az impulzusmegmaradás értelmében
m0v0=mv.
A két sebességet mérve az m számolható. (4. ábra)
 
 
4.a ábra
 

 
 
4.b ábra
 

5. Ha a test anyagát ismerjük, akkor a tömege úgy is meghatározható, hogy a testtel ismert nagyságú hőmennyiséget közlünk. A hőmérsékletváltozást mérve, a fajhő ismeretében a tömeg számolható:
ΔQ=mcΔT.

 

Gázok és folyadékok esetében az 1., 2., 4. módszer is alkalmazható, ha két mérést végzünk, üres és teli edénnyel. A két mérési eredmény különbsége adja az edény tartalmának a tömegét. (A 3. módszer az edényen belüli kavargó mozgás miatt nem használható.) Gázokra és folyadékokra az 5. módszer közvetlenül alkalmazható.