Чем больше масса тела тем. Индексы массы тела

В самом широком смысле под массой тела понимают количество вещества, содержащегося в теле. Измеряется масса в килограммах в общепринятой Международной системе единиц СИ.

Эталон массы тела

Эталон массы в 1 килограмм изготовлен из сплава, на 90% из платины и на 10% из иридия. Находится этот эталон в Международном бюро мер и весов, недалеко от Парижа. Имеет форму цилиндра, высотой и диаметр которого равны 39,17 мм.

Часто, массу тела называют весом, что, строго говоря, совершенно неверно. Путаница вызвана тем, что тело массой 1 кг. имеет вес в 1 кгс (килограмм-сила). Это внесистемная единица измерения и она равна силе, необходимой для придания телу массой в 1 кг. ускорения, равного ускорению g свободного падения, примерно 9,81 м/(с^2)

Разные определения массы

В разных сферах и областях физики используются разные определения массы:

• исходя из II закона Ньютона, m = f / a, масса – это отношение силы, приложенной к телу и сообщаемым этой силой ускорением;
• исходя из закона гравитации, это отношение силы притяжения к ускорению свободного падения, m = F / g, .
• в общей физике и в теориях относительности еще используется определение массы как отношение импульса P к скорости v, m = P / v.

Масса является неотрицательной скалярной величиной. Масса фотона (частицы, способной существовать в вакууме лишь двигаясь со скоростью света) считается равной нулю.

Существует множество различных единиц измерения массы, многие из них, как унция, карат, фунт, баррель, имеют свое историческое происхождение.

Масса тела это скалярная физическая величина, которая характеризирует его инертность. Инертность это свойства тела изменять свое состояние. Чем больше масса тела, тем легче изменить состояние тела.

Запишем 2 закон Ньютона: a = F/m, где a -ускорение тела под действием силы F.

Из выражения видим, что чем больше масса тела m, при одинаковой действующей силе F, тем меньше ускорение тела а. Чем больше масса тела, тем меньше оно изменяет свое состояние.

Масса тела измеряется в килограммах.

1 кг это такая масса тела, при которой, под действием на него силы в F = 1 Ньютон тело приобретет ускорение в а = 1 м/с^2.

В жизни мы очень часто говорим: «вес 5 килограмм», «весит 200 грамм» и так далее. И при этом не знаем, что допускаем ошибку, говоря так. Понятие веса тела изучают все в курсе физики в седьмом классе, однако ошибочное использование некоторых определений смешалось у нас настолько, что мы забываем изученное и считаем, что вес тела и масса это одно и то же.

Однако это не так. Более того, масса тела величина неизменная, а вот вес тела может меняться, уменьшаясь вплоть до нуля. Так в чем же ошибка и как говорить правильно? Попытаемся разобраться.

Вес тела и масса тела: формула подсчета

Масса это мера инертности тела, это то, каким образом тело реагирует на приложенное к нему воздействие, либо же само воздействует на другие тела. А вес тела это сила, с которой тело действует на горизонтальную опору или вертикальный подвес под влиянием притяжения Земли.

Масса измеряется в килограммах, а вес тела, как и любая другая сила в ньютонах. Вес тела имеет направление, как и любая сила, и является величиной векторной. А масса не имеет никакого направления и является величиной скалярной.

Стрелочка, которой обозначается вес тела на рисунках и графиках, всегда направлена вниз, так же, как и сила тяжести.

Формула веса тела в физике записывается следующим образом:

где m - масса тела

g - ускорение свободного падения = 9,81 м/с^2

Но, несмотря на совпадение с формулой и направлением силы тяжести, есть серьезное различие между силой тяжести и весом тела. Сила тяжести приложена к телу, то есть, грубо говоря, это она давит на тело, а вес тела приложен к опоре или подвесу, то есть, здесь уже тело давит на подвес или опору.

Но природа существования силы тяжести и веса тела одинакова притяжение Земли. Собственно говоря, вес тела является следствием приложенной к телу силы тяжести. И, так же как и сила тяжести, вес тела уменьшается с увеличением высоты.

Вес тела в невесомости

В состоянии невесомости вес тела равен нулю. Тело не будет давить на опору или растягивать подвес и весить ничего не будет. Однако, будет по-прежнему обладать массой, так как, чтобы придать телу какую-либо скорость, надо будет приложить определенное усилие, тем большее, чем больше масса тела.

В условиях же другой планеты масса также останется неизменной, а вес тела увеличится или уменьшится, в зависимости от силы притяжения планеты. Массу тела мы измеряем весами, в килограммах, а чтобы измерить вес тела, который измеряется в ньютонах, можно применить динамометр специальное устройство для измерения силы.

Проблема «нормальной» массы тела представляется достаточно актуальной для многих людей. Правда, при этом возникают серьезные затруднения в определении самого понятия.

Чаще всего люди оценивают свой вес либо по существующим «нормам», рассчитанным на «среднего», среднестатистического человека (табл. 1), либо сравнивают себя с кем-либо из окружающих. Однако и тот и другой подходы к определению нормальной массы тела совершенно неприемлемы.

Дело в том, что «среднего» человека вообще не существует в природе, и каждый из нас отличается своими особенностями, в частности генотипическими (включая тип телосложения, характер обмена веществ и пр.), состоянием и уровнем здоровья и т.д. Например, при одинаковой длине тела нормальная масса у астеника может диагностироваться для гиперстеника как «дефицит массы тела», а нормальная масса для гиперстеника будет для астеника проявлением ожирения различной степени. Следовательно, «нормальный вес» у каждого человека должен быть свой. Главным же критерием его должны быть хорошие самочувствие и состояние здоровья, достаточная переносимость физических нагрузок, а также высокий уровень работоспособности и социальной адаптации.

Так что же такое «нормальная масса тела»?

Основными составляющими нашего тела являются кости, активная масса и пассивная масса — преимущественно жир. Под «активной массой тела» подразумевают суммарную массу костей, мышц, внутренних органов, кожи (без подкожной жировой клет
чатки). Следует отметить, что кости являются чрезвычайно легкими частями нашего тела, а массу нашего тела преимущественно определяют жир и мышцы.

Мышечная ткань, которая составляет подавляющую долю «активной массы тела», сжигает калории даже когда человек находится в покое. А вот жир не нуждается в энергии — он не выполняет никаких физических функций. Это не означает, что он не имеет никакого физиологического значения: Как уже отмечалось (см. раздел 6.1.), он выполняет многочисленные важные функции. Содержание жира в организме для обеспечения этих функций и в дикой природе, и у наших предков вплоть до относительно недавнего времени регулировалось естественным путем — соотношением между «приходом» и «расходом». Если человек двигался мало, то определенная часть энергии потребленной пищи переходила в жир, человеку двигаться становилось труднее, поэтому и добыча пищи была затруднена. Следовательно, ему приходилось ограничиваться в еде до тех пор, пока его масса тела не нормализовывалась, его работоспособность восстанавливалась, и он мог опять добывать себе пищу. У современного же человека, который любит вкусно и обильно поесть (да и бегать за пищей не надо!), а двигается мало, запасы жира часто оказываются крайне избыточными. Накопления жира сопровождаются многочисленными неблагоприятными для здоровья последствиями, среди которых:

• нарушения обмена веществ, следствиями которых являются: атеросклероз, сахарный диабет, заболевания суставов, печени, варикозные заболевания вен;
• нарушения деятельности сердца , обусловленные крайне значительной нагрузкой на него;
• затруднения деятельности внутренних органов из-за отложения жира непосредственно на них;
• жир в организме является «отстойником шлаков и т.д.

Исключением является состояние крайнего истощения, когда у человека начинает уменьшаться и объем активной массы.

К сказанному следует добавить внешнюю эстетическую малопривлекательность страдающего ожирением человека.

Почему же возникает ожирение?

Сначала разберемся в самом механизме образования избытков жира в организме. Оказывается, жировые клетки исключительно консервативны и, раз возникнув, исчезают уже с огромным трудом. Принципиально важно, что важнейшими возрастными периодами, когда образуются жировые клетки, являются внутриутробный (т.е. во время развития самого плода) и первые три года после рождения ребенка. К сожалению, в обыденной жизни именно в эти возрастные периоды все делается для того, чтобы в организме еще плода и ребенка образовалось как можно больше жировых клеток — и беременную, и малыша пытаются накормить как можно плотнее. В течение последующих периодов возрастного развития благодаря усиленному росту избыток сформировавшихся жировых клеток не бросается в глаза, но когда рост останавливается (у девушек это происходит около 20 — 22 лет, у молодых людей в 22 — 25), или человек заметно снижает свою двигательную активность, или вмешиваются определенные гормональные факторы (как это бывает в возрасте полового созревания у девушек) — эти клетки начинают многократно увеличиваться в размерах. Это и есть ожирение. Его называют первичны м, так как оно связано с нарушением соотношения приход/расход с преобладанием первой части этого соотношения: человек ест много, а энергии расходует мало.

С возрастом, когда течение обменных процессов замедляется, пристрастие к еде не уменьшается, а двигательная активность прогрессивно снижается, соотношение все больше и больше склоняется в сторону преобладания прихода. В этом случае происходит жировое перерождение мышечной ткани, когда мышечные волокна замещаются жировой тканью. Это не означает, что возрастное повышение массы тела закономерно — по мнению акад. Н.М. Амосова, и в 60 — 70 лет у ведущего здоровый активный образ жизни человека она должна быть такой же, как в 25 — 30 лет.

Описанные последствия переедания и малоподвижности грозят не всем, так как у разных людей тип энергетики отличается, что обусловлено (у здоровых людей) преимущественно генетическими факторами и образом жизни матери в период беременности. Так, у худых энергетический обмен в единицу времени идет более активно, поэтому, например, у здорового человека такой конституции после плотной еды он возрастает практически вдвое, а у тучного — еле заметно. На действие холода полные люди не отвечают таким же повышением энергетических затрат, как худые. Следовательно, при прочих равных условиях из потребленной пищи тучный человек усваивает энергии больше, чем ему это необходимо для поддержания жизнедеятельности и выполнения повседневных дел.

В зависимости от выраженности избыточной жировой массы ожирение классифицируют следующим образом. При превышении массы тела в пределах 9% говорят об избыточной массе тела. Как I степень ожирения рассматривают превышение массы в пределах 10-29%, II степень 30-49%, III 50-99% и, наконец, IV 100 и более процентов избыточной массы тела.

Масса - физическая величина, неотделимо присущая материи и определяющая её инерционные, энергетические и гравитационные свойства. В классической физике строго подчинена закону сохранения, на основе которого строится классическая механика. В квантовой механике - особая форма энергии и, в таком виде, также предмет закона сохранения (массы-энергии).

Масса обозначается латинской буквой m

Единицей измерения массы в системе СИ является килограмм . В гауссовой системе масса измеряется в граммах . В атомной физике принято приравнивать массу к атомной единице массы , в физике твердого тела - к массе электрона , в физике высоких энергий массу измеряют в электронвольтах . Кроме этих единиц существует огромное количество исторических единиц массы, сохранившихся в отдельных сферах использования: фунт, унция, карат, тонна и тому подобное. В астрономии единицей для сравнения масс небесных тел служит масса Солнца .

Массой тела называется физическая величина, характеризующая его инерционные и гравитационные свойства.

В классической физике масса является мерой количества вещества., содержащегося в теле. Здесь справедлив закон сохранения массы: масса изолированной системы тел не меняется со временем и равна сумме составляющих ее масс тел.

В механике Ньютона массой тела называют скалярную физическую величину, которая является мерой инерционных его свойств и источником гравитационного взаимодействия. В классической физике масса всегда является положительной величиной.

Масса – аддитивная величина, что означает: масса каждой совокупности материальных точек (\(m \) ) равна сумме масс всех отдельных частей системы (\(m_i \) )

\[ m=\sum\limits_{i=1}^{n}{m_i} \]

В классической механике считают:

• масса тела не является зависимой от движения тела, от воздействия других тел, расположения тела;
• выполняется закон сохранения массы: масса замкнутой механической системы тел неизменна во времени.

Как мера инертности тела, масса входит во второй закон Ньютона , записанный в упрощенном (для случая постоянной массы) виде:

\[ \LARGE m = \dfrac{F}{a} \]

где \(a \) - ускорение, а \(F \) - сила, что действует на тело

Виды массы

Строго говоря, существует две различные величины, которые имеют общее название «масса»:

• Инертная масса характеризует способность тела сопротивляться изменению состояния его движения под действием силы. При условии, что сила одинакова, объект с меньшей массой легче изменяет состояние движения, чем объект с большей массой. Инертная масса фигурирует в упрощенной форме второго закона Ньютона, а также в формуле для определения импульса тела в классической механике.
• Гравитационная масса характеризует интенсивность взаимодействия тела с гравитационным полем. Она фигурирует в ньютоновском законе всемирного тяготения.

Хотя инертная масса и гравитационная масса является концептуально разными понятиями, все известные на сегодняшний день эксперименты свидетельствуют, что эти две массы пропорциональны между собой. Это позволяет построить систему единиц так, чтобы единица измерения всех трех масс была одна и та же, и все они были равны между собой. Практически все системы единиц построены по этому принципу.

В общей теории относительности инертная и гравитационная массы считаются полностью эквивалентными.

Инертность - свойство различных материальных объектов приобретать разные ускорения при одинаковых внешних воздействиях со стороны других тел. Присуща разным телам в разной степени. Свойство инертности показывает, что для изменения скорости тела необходимо время (расстояние). Чем труднее изменить скорость тела, тем оно инертнее.

Масса – скалярная величина, являющаяся мерой инертности тела при поступательном движении. (При вращательном движении - момент инерции). Чем инертнее тело, тем больше его масса. Определенная таким образом масса называется инертной (в отличие от гравитационной массы, определяющейся из закона Всемирного тяготения).

Масса элементарных частиц

Масса, вернее масса покоя, является важной характеристикой элементарных частиц. Вопрос о том, какими причинами обусловлены те значения массы частиц, наблюдаемых на опыте, является важной проблемой физики элементарных частиц. Так, например, масса нейтрона несколько больше массы протона, что обусловлено, разницей во взаимодействии кварков, из которых состоят эти частицы. Примерное равенство масс некоторых частиц позволяет объединять их в группы, трактуя как различные состояния одной общей частицы с различными значениями изотопического спина.

Мы ощущаем это так, будто нас «вдавливает» в пол, или так, будто мы «зависаем» в воздухе. Лучше всего это можно ощутить при езде на американских горках или в лифтах высотных зданий, которые резко начинают подъём и спуск.

Пример:

Примеры увеличения веса:

Когда лифт резко начинает движение вверх, находящиеся в лифте люди испытывают ощущение, будто их «вдавливает» в пол.

Когда лифт резко уменьшает скорость движения вниз, тогда находящиеся в лифте люди из-за инерции сильнее «вжимаются» ногами в пол лифта.

Когда на американских горках проезжают через нижнюю точку горок, находящиеся в тележке люди испытывают ощущение, будто их «вдавливает» в сиденье.

Пример:

Примеры уменьшения веса:

При быстрой езде на велосипеде по небольшим пригоркам велосипедист на вершине пригорка испытывает ощущение лёгкости.

Когда лифт резко начинает движение вниз, находящиеся в лифте люди ощущают, что уменьшается их давление на пол, возникает ощущение свободного падения.

Когда на американских горках проезжают через высшую точку горок, находящиеся в тележке люди испытывают ощущение, будто их «подбрасывает» в воздух.

Когда на качелях раскачиваются до наивысшей точки, ощущается, что на короткий момент тело «зависает» в воздухе.

Изменение веса связано с инерцией - стремлением тела сохранять своё начальное состояние. Поэтому изменение веса всегда противоположно ускорению движения. Когда ускорение движения направлено вверх, вес тела увеличивается. А если ускорение движения направлено вниз, вес тела уменьшается.

На рисунке синими стрелками изображено направление ускорения движения.

1) Если лифт неподвижен или равномерно движется, то ускорение равно нулю. В этом случае вес человека нормальный, он равен силе тяжести и определяется так: P = m ⋅ g .

2) Если лифт движется ускоренно вверх или уменьшает свою скорость при движении вниз, то ускорение направлено вверх. В этом случае вес человека увеличивается и определяется так: P = m ⋅ g + a .

3) Если лифт движется ускоренно вниз или уменьшает свою скорость при движении вверх, то ускорение направлено вниз. В этом случае вес человека уменьшается и определяется так: P = m ⋅ g − a .

4) Если человек находится в объекте, который свободно падает, то ускорение движения направлено вниз и одинаково с ускорением свободного падения: \(a = g\) .

В этом случае вес человека равен нулю: P = 0 .

Пример:

Дано: масса человека - \(80 кг\). Человек входит в лифт, чтобы подняться наверх. Ускорение движения лифта составляет \(7\) м с 2 .

Каждый этап движения вместе с показаниями измерений приведён на рисунках ниже.

1) Лифт стоит на месте, и вес человека составляет: P = m ⋅ g = 80 ⋅ 9,8 = 784 Н.

2) Лифт начинает двигаться наверх с ускорением \(7\) м с 2 , и вес человека увеличивается: P = m ⋅ g + a = 80 ⋅ 9,8 + 7 = 1334 Н.

3) Лифт набрал скорость и едет равномерно, при этом вес человека составляет: P = m ⋅ g = 80 ⋅ 9,8 = 784 Н.

4) Лифт при движении вверх тормозит с отрицательным ускорением (замедлением) \(7\) м с 2 , и вес человека уменьшается: P = m ⋅ g − a = 80 ⋅ 9,8 − 7 = 224 Н.

5) Лифт полностью остановился, вес человека составляет: P = m ⋅ g = 80 ⋅ 9,8 = 784 Н.

В дополнение к картинкам и к примерам задания можно посмотреть видео с экспериментом, проведённым школьниками, в котором показано, как изменяется вес тела человека в лифте. Во время эксперимента школьники используют весы, в которых вес вместо килограммов сразу указывается в \(ньютонах, Н\). http://www.youtube.com/watch?v=D-GzuZjawNI .

Пример:

Состояние невесомости встречается в ситуациях, когда человек располагается в объекте, который находится в свободном падении. Есть специальные самолёты, которые предназначены для создания состояния невесомости. Они поднимаются на определённую высоту, и после этого самолёт переводится в свободное падение в течение примерно \(30 секунд\). Во время свободного падения самолёта находящиеся в нём люди ощущают состояние невесомости. Такую ситуацию можно посмотреть на этом видео.