Mass ja selle mõõtmine

Igapäevane kogemus ütleb meile, et ühed kehad on rasked, teised kerged. Raamatut on kerge käes hoida, raamatuid ja vihikuid täis koolikotti aga hoopis raskem. Mõned kehad on aga sedavõrd rasked, et neid me ei jaksagi hoida.

Maa tõmbab enda poole kõiki Maa läheduses olevaid kehasid. Keha, mida on raske hoida, tõmbab Maa suurema jõuga kui keha, mida on kerge hoida. Miks tõmbab Maa üht keha suurema jõuga kui teist keha? Maa külge­tõmbe­jõu suurus sõltub keha omadusest, mida nimetatakse massiks. Mida suurem on keha mass, seda suurema jõuga Maa seda keha enda poole tõmbab ja seda raskem tundub keha meile. Võib öelda, et keha mass väljendab keha raskust.

Massil on ka veel teine oluline tunnus. Mida suurem on keha mass, seda „raskem“ on keha liikuma panna või peatada. Näiteks valgusfoori lubava tulega liikuma hakkav suure koormaga veoauto saavutab sõiduks lubatud maksimaalse kiiruse palju pikema aja vältel kui sama veoauto tühja kastiga.

Mass on keha üks põhiomadusi. Kõik kehad, alates tähtedest kosmoses kuni aine koosseisu kuuluvate mikro­osakesteni, omavad kindlat massi.

Mis on mass ja miks on kõigil kehadel, ka mikro­osakestel kindel mass, seda tänapäeva teadus veel täpselt seletada ei oska. Katsetest ja iga­päeva­kogemusest võime aga öelda, millised on massi omadused ja kuidas saab seda mõõta.

Massi tähis on m. Massi ühik on 1 kilogramm, lühendatult 1 kg.

Massi mõõtmisel võrreldakse keha massi mingi teise keha massiga, mis on võetud massiühikuks.

Algselt määrati massiühik 1 kilogramm kui ühe liitri puhta vee mass temperatuuril +4 °C. Selline massiühiku määratlus ei ole eriti täpne, sest massiühiku saamiseks peab täpselt määrama vee ruumala, temperatuuri ja ka vee puhtuse.

Tänapäeval on massiühikuks võetud 1 kg, mis on võrdne erilisest sulamist valmistatud silindri ehk rahvus­vahelise massi­etaloni massiga.

Massiühik 1 kg on mõõtühikute süsteemis omapärane selle poolest, et tegemist on kordse ühikuga. Algselt oli põhi­ühikuks üks gramm (1 g), aga kuna see oli praktiliseks kasutamiseks liiga väike, siis otsustati põhi­ühikuks võtta sellest tuhat korda suurem ühik üks kilogramm. Nii ongi massi kordsed ühikud enamasti tuletatud grammist: üks milli­gramm on tuhandik grammi
(1 mg = 0,001 g) jne. Kuna mitme­kordseid eesliiteid ei kasutata, siis tuuakse sisse erineva nimetusega massi­ühikuid. Kõige
tuntum neist on üks tonn, mis on tuhat kilogrammi ja tähistatakse tähega t. 1 t = 1000 kg.

Keha massi saab mõõta kangkaaludega. Keskelt toetatud kangi otstes ripuvad kaalukausid. Enne kaaluma asumist peab kaalukang olema tasakaalus. Ühele kaalukausile pannakse kaalutav keha, teisele aga nii palju kaaluvihte, et kaalukang oleks horisontaalselt. Nüüd on kaalud tasakaalus ja kaaluvihtide mass on võrdne kaalutava keha massiga.

Kangkaaludega kaalumine tähendab tegelikult keha ja kaalu­vihtide masside võrdlemist. Kui keha ja vihtide massid on võrdsed, tõmbab Maa enda poole võrdselt nii kaalutavat keha kui ka selle tasa­kaalus­ta­miseks teisele kaalukausile asetatud kaaluvihte ning kaalud ongi tasakaalus. Et kaalukangi tasakaalu oleks lihtsam märgata, on kaalukang varustatud osutiga.

Poodides, kodudes ja laborites on enamasti kasutusel elektrilised ehk digikaalud. Kuna Maa tõmbab kõiki kehasid enda poole, rõhub kaalule asetanud keha sõltuvalt sellele mõjuvast Maa külgetõmbejõust kaalu plaadile. See surve kandub mõõte­mehhanismis olevale kristallikesele. Kristallis tekib elektrivool (-signaal). Väike arvuti muundab elektrilise signaali digitaalseks ning mõõteriista tabloole ilmub keha massi väärtus arvuna.

Elektriline kaal mõõdab tegelikult jõudu, millega keha mõjutab kaalu plaati. Kuna aga plaadile mõjuv jõud sõltub keha massist, siis saab sellise kaaluga määrata keha massi. Et me oleme huvitatud keha massi mõõtmisest, antakse mõõteriista tablool mõõtmis­tulemuseks keha mass.

Mis juhtub kui me läheme digikaaluga Kuule? Oma üllatuseks saaksime kaalu tabloolt 6 korda väiksema näidu kui Maal. Kas tõesti on keha mass Kuul muutunud 6 korda väiksemaks kui Maal? Ei ole, keha mass on ikka endine ja see ei muutu, küll on aga Kuu külgetõmbejõud 6 korda väiksem kui Maal.

Kui Kuul kasutaksime aga keha massi määramiseks kangkaale, saaksime seal sama tulemuse kui Maal.

1. Kirjelda keha massi mõõtmist kangkaaludega.
2. Kirjelda digikaalu töö põhimõtet.
3. Kuidas on saadud massiühik?
4. Mitu korda on 1 kg suurem kui 1 mg?
5. Nimeta kehi, mille massi on otstarbekas väljendada grammides, kilogrammides, tonnides.