Mass, kaal ja raskusjõud

Paljud inimesed arvavad, et "kaal" ja "mass" tähendavad üht ja sama, sest neid sõnu kasutatakse igapäevaelus sünonüümidena. Tegelikult on need erinevad mõisted. Keha võib olla kaaluta olekus (näiteks astronaut rahvusvahelises kosmosejaamas), kuid ei saa olla "massita olekus". Mass on kehal alati olemas ja see ei muutu. Elusolendite puhul on võimalik massi muutumine - elusorganismid on keerulised süsteemid, mis on pidevas ainevahetuses ümbritseva loodusega. Selle tõttu näiteks inimese mass muutub elu jooksul ning kõigub ka ööpäevas. Ühe kilogrammise massiga raudkuuli mass on aga muutumatu, sõltumata sellest, kas see paikneb Maa või hoopis Kuu peal või kusagil maailmaruumis kaaluta olekus.

Keha mass

Keha mass on keha omadus, mis on väga oluline füüsikaline suurus, eriti mehaanilise liikumise ja tasakaalu seisukohast. "Mass" on füüsikas samasugune baasmõiste, nagu "pikkus" ja "aeg", mida ei ole tegelikult võimalik defineerida. Öeldakse ka, et mass on keha inertsuse mõõt - see tähendab, et mida suurema massiga on keha, seda raskem on seda liikuma panna või peatada. Massi põhiühikuks on kilogramm, aga massi mõõdetakse ka grammides, tonnides, milligrammides jne.

Keha kaal. Massi mõõtmine kaalumise teel

Raskusjõud on jõud, millega Maa tõmbab keha enda poole. Seda nähtust nimetatakse gravitatsiooniks. Täielikku seletust sellele nähtusele veel pole suudetud leida. Keha kaal on samuti jõud - millega keha mõjub pinnale, millele  toetub või vahendile, millega see keha on üles riputatud.

Keha kaalu saab uurida vedru abil: kui vedru otsa riputada mingeid kehi, siis mida suurem raskusjõud kehale mõjub, seda rohkem keha kaalub ja seda pikemaks venib vedru. Kui märkida ära vedru väljavenimine ühe- kahe-, kolme- jne kilogrammise vihi puhul, saab luua mõõtevahendi massi mõõtmiseks. Sellisel põhimõttel ongi tehtud vedrukaalud. Niisiis on raskusjõud see, mis vedrukaalu puhul aitab keha massi määrata.

Üks ja sama vedrukaal aga igal pool ei tööta. Näiteks mõne teise planeedi peal sellega keha massi määrata ei saaks. Isegi Maa põhjapooluselt ekvaatori lähedale minnes annaks sama vedrukaal erinevaid mõõtetulemusi ühe ja sama keha puhul. See tuleb sellest, et Maa on veidi lapiku kujuga, poolustelt natuke kokku surutud.

Kõige täpsem on massi mõõtmine kangkaaludega. Nendega kaalumisel võrreldakse keha massi kaaluvihtide massidega. Isegi juhul, kui raskusjõud suureneb või väheneb, jäävad mõõdetav keha ja sellega võrdse massiga vihid kaalu peal tasakaalu. Kuidas aga määrata inimese massi kosmoses, kaaluta olekus?

Kui minna Maast kaugemale, jääb jõud, millega Maa keha enda poole tõmbab, aina väiksemaks ja selle tõttu väheneb ka keha kaal. Maast ja teistest planeetidest kaugel on kõik kehad kaaluta olekus. Kui minna mõnele teisele planeedile, on see jõud, millega planeet kehi enda poole tõmbab, suurem või väiksem võrreldes Maaga. Näiteks Kuu peal kaalub mistahes keha vähem kui Maa peal. Kui Maal on 50 kg massiga inimese kaal umbes 500 N, siis Kuu peal kaalub sama inimene umbes 6 korda vähem: 83 N, Marsil 200 N ja Jupiteril 1250 N. Kas kujutad ette, mis tunne on tunda end kergema või raskemana? Näiteks vees on inimese kaal väiksem kui õhus. Lennuki õhkutõusmisel tunneb inimene end raskemana kui tavaliselt, lennuki maandumisel vastupidi.

Kui keha kukub vabalt, näiteks kui lasta münt kukkuda põrandale, siis ka see on kaaluta olek - münt ei toetu kukkumise ajal mingile pinnale või kehale, vaid on vabas langemises. Kaaluta olek kosmoses on selle erinevusega, et astronaudile või esemele ei mõju raskusjõud. Kukkuvale ehk vabalt langevale kehale aga raskusjõud mõjub, kuid keha ise on kaaluta olekus. Mõlemad nähtused on inimese jaoks küllalt sarnased: NASA kosmonautide treenimiseks ja vahel ka tavalistele inimestele pakutakse võimalust kogeda lennukis kaaluta olekut. Selleks lendab lennuk järsu nurga all Maa poole ning kõik lennukis olijad kogevad vaba langemist. See kestab vaid paarkümmend sekundit ning siis lendab lennuk jälle algkõrgusele.

Filmiklipp: Kaaluta olek (YouTube.com)

Mõned kaadrid on filmitud kosmoselaeval, kui gravitatsioon puudub, mõned kaadrid järsult langevas lennukis.

https://youtu.be/_cwSfDpsq2k

Allikad ja lisalugemist: