Masa (física) FÍS.

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Física

Cuestiones de concepto. Lo que en el lenguaje ordinario se conoce como un "kilo" de plomo y un "kilo" de paja pesan lo mismo en un mismo lugar de la superficie terrestre, o sea, un Kilogramo (Kg.). Y la palabra Kilogramo designa en este caso un peso -una fuerzaen el sistema de unidades técnicas (UT). Pero la misma palabra Kilogramo (Kg.) se emplea para designar algo distinto a un peso: una unidad de m. Y tanto el "kilo" de plomo como el de paja poseen a su vez 1 Kg. de m. en el sistema de unidades de Giorgi (a veces denominado MKS; v. MEDIDA III). En el sistema de unidades técnicas la unidad de m. se denomina unidad técnica de masa (UTM), mientras que en el sistema de unidades Giorgi la unidad de peso -fuerza- es el newton (N), siendo1 N=1 Kg. (masa)-1 m ?seg-2 1 Kg. (peso)=9,8 N;1 UTM=9,8 Kg. (masa);1 Kg. (peso) es el peso de 1 Kg. (masa) sobre la superficie terrestre

Este aparente juego de palabras posee su clave: no se debe olvidar el sistema de unidades que se utiliza, de la misma forma que no conviene dar los precios de los objetos en abstracto; debe precisarse la moneda a que se refieren. Para evitar posibles confusiones en el lenguaje es conveniente utilizar las denominaciones Kilogramo-peso (o Kilogramo-fuerza o Kilopondio) y Kilogramo-masa

Las mismas piezas de plomo y paja trasladadas a la Luna pesarían en el sistema de Giorgi:1 Kg-1,6 m-seg-z=1,6 N en el sistema de UT:(1/9,8) UTM ? 1,6 m-seg-z=(1,6/9,8) Kg. = 0,1 Kgen vez de 1 Kg. Obsérvese que en los cálculos se ha mantenido 1 Kg. (masa) y (1/9,8) UTM. Aquí radica la diferencia entre peso y m.: el peso de un cuerpo es la fuerza con que la Tierra, la Luna o cualquier otro cuerpo lo atrae (en primera aproximación, según la ley de la gravitación universal descubierta por Newton). La m., por el contrario, es una magnitud intrínseca de los cuerpos, que no varía aunque varíe el campo gravitatorio en su derredor, o sea, se encuentre o no en presencia de otros cuerpos. Las cifras 9,8 y 1,6 corresponden precisamente a las atracciones de la Tierra y de la Luna, respectivamente. El juego de palabras, proveniente de la utilización de uno u otro sistema de unidades, no debe impedir la distinción conceptual entre ambas magnitudes físicas. Por otro lado la m. es una magnitud escalar, un número, mientras que el peso es una magnitud vectorial, por ser una fuerza, o sea, conceptualmente la asociación de tres números en un sistema de coordenadas usual (v. FUERZA)

Conviene considerar la m. desde dos puntos de vista aparentemente diferentes: 1) como magnitud física asociada a la inercia (v.) de todo cuerpo, es decir, al cambio de su "estado de movimiento", aquella magnitud que aparece en la ley de la inercia, descubierta por Galileo y Newton: F=ma, donde F es la fuerza que se aplica al cuerpo, a es su aceleración, su variación del "estado de movimiento" y m es el coeficiente de proporcionalidad (m. inerte), entre ambas; 2) como "carga gravífica" por analogía con la carga eléctrica, o sea, aquella magnitud física asociada a la atracción de un cuerpo por otro sin que por ello implique directamente la inercia, y que aparece en la ley de la gravitación universal de Newton:m-MP=Gd2donde m es la m. de un cuerpo, M la del otro y d su distancia mutua. G es una constante universal (la constante gravitatoria) de valorG=6,67.10-8 cm3-gr-i-seg-Z

Aclaremos con un ejemplo la diferencia entre ambasnociones. Consideremos la m. inerte, de inercia’ o inercial. Imagínese el lector un coche sobre una carretera perfectamente llana. Si estando inicialmente en reposo se le aplica una fuerza (se le da un empujón), el coche se pone en movimiento, con el que continuaría en línea recta. Supongamos que la aplicación de la misma fuerza pueda repetirse cuantas veces se quiera, sobre el mismo coche en reposo. La velocidad final adquirida mediante estas acciones iguales será en todas las veces la misma. Pero ¿qué sucedería si en el coche hay unas veces algunos pasajeros y otras no? Aquiriría menos velocidad cuando está cargado que sin estarlo, para una misma fuerza aplicada. O sea, el cambio del "estado de movimiento" depende de la m. del cuerpo, de su inercia, suponiéndose menor si es mayor dicha m. De ahí la extrapolación gratuita de relacionar la m. con la cantidad de materia. Obsérvese que en dicho ejemplo la acción de la gravedad, o sea de la Tierra, no juega papel alguno (se supone que todos los puntos de la carretera se encuentran a la misma distancia del centro de la Tierra). La medida de la m. de inercia se puede, pues, efectuar sin más que conocer la fuerza, mediante un dinamómetro, p. ej., y medir la variación del "estado de movimiento" del cuerpo con un metro y un reloj. No interviene para nada la ley de la gravitación y sí la ley de la inercia

La otra de las dos nociones de m. corresponde al resultado de la medida con una balanza (v.). La experiencia permite concluir, no obstante, la identificación numérica de ambas m., aunque conviene insistir en que desde el punto de vista de la Mecánica de Newton dicha identificación numérica es lógicamente accidental y sin trascendencia alguna. En efecto, en ausencia del aire todos los cuerpos tardan el mismo tiempo en caer desde una misma altura, independientemente de su m. inercial (experiencia que, según la leyenda, realizó Galileo en. la torre inclinada de Pisa, pero que con seguridad fue llevada a cabo por Simón Stevinus, 1548-1620, en Bélgica) contra lo que cabría pensar, pues si la m. de inercia es una medida de la respuesta de un cuerpo a la acción de una fuerza que actúe sobre él, cabría hacer corresponder a mayor m. inercial mayor lentitud en la caída, lo que no ocurre. El único camino parece ser, pues, establecer una proporcionalidad entre ambas m., o sea, escogiendo las unidades convenientemente, identificarlas numéricamente, de acuerdo con las leyes de la inercia y de la gravitación. La validez de esta hipótesis fue confirmada experimentalmente en 1890 por R. Eótvós. Esta conclusión numérica clásica es la clave de partida de Einstein para la Teoría de la Relatividad (v.), donde se identifican, finalmente, conceptualmente la gravitación y la inercia. Sólo para velocidades pequeñas comparadas con la de la luz las m. se pueden considerar independientes de la velocidad. Para velocidades comparables con la de la luz es preciso tener en cuenta una corrección relativista (v. ENERGíA 1, 2)

En determinados procesos es útil el principio de conservación de la m. o de la m -energía (ni creación ni destrucción son posibles en un sistema aislado), pero como toda ley física, todo modelo físico de la Naturaleza no supone una verdad absoluta

Centro de masas de un sistema (a veces centro de gravedad, baricentro). Se denomina centro de m. de un sistema de puntos materiales (cuerpos)A;; i=l, 2, ..., N de m. respectivas mi referidos a un sistema de coordenadas, según los vectores de posición OAi, al punto que puede o no coincidir con uno de los cuerpos, tal que (fig. 1)Imi - OA;OC=ImiSi el sistema fuese un medio continuo las sumas finitas se reemplazarían por integrales (sumas de infinitos términos)

V. t.: GRAVITACIÓN UNIVERSAL; MATERIA; DENSIDAD; MECÁNICA I; INERCIA; DINÁMICA

M. G. VELARDE

BIBL.: A. EINSTEIN y L. INFELD, La Física, aventura del pensamiento, 5 ed. Buenos Aires 1958; F. W. SEARS y M. W. ZEMANSxY, Física General, Madrid 1967; 1. CABRERA, Introducción a la Física Teórica, I, 6 ed. Zaragoza 1966