Massa

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Réplica do protótipo nacional padrão número K20 kg mantido pela instituição do governo dos EUA National Institute of Standards and Technology (NIST).

Massa é uma propriedade fundamental da matéria e uma propriedade fundamental de qualquer objeto.

Conservação da Massa

Até o século XX, os cientistas consideravam como estabelecida a seguinte Lei da Conservação da Massa:

A matéria não pode ser criada nem destruída.

Em qualquer reação química ou física de interação, esta lei ainda se mantém: a massa total de todos os produtos de qualquer reação deve ser igual à massa total de todos os reagentes com a qual aquela reação começou. Da mesma forma, em qualquer colisão ou explosão, a massa de todos os objetos após o evento deve ser igual à massa de todos os objetos antes do evento.

No entanto, com o advento da física nuclear, essa lei não se sustenta mais. Mas o conceito relacionado da Lei de Conservação da massa-energia se sustenta. Ele afirma:

Enquanto a massa e a energia podem ser transformadas uma na outra, a massa-energia não pode ser criada nem destruída.

Isto implica que a quantidade total de massa-energia do universo deve ser constante, e tem implicações para a relatividade geral e cosmologia Einsteiniana.

Note-se que a lei da Conservação da Massa refuta firmemente determinada cosmologias não bíblicas, especialmente as que requerem que o Universo tenha passado a existir a partir do nada.

Cinemática e dinâmica

Massa é um fator importante em dois conceitos relacionados ao movimento: momento e força.

Para qualquer objeto em movimento, a relação entre o momento p, massa m, e velocidade v é:

\,\!p = mv

Qualquer objecto sujeito a uma força irá acelerar no sentido dessa força. A equação simples newtoniana é:

\,\!F = ma

Além disso, a energia cinética que qualquer objeto possui é proporcional à sua massa:

E = {\frac{1}{2}}mv^2

Gravitação

Sir Isaac Newton determinou a seguinte Lei da Gravitação:

Cada partícula no universo atrai todas as outras partículas com uma força inversamente proporcional ao quadrado da distância entre os centros e diretamente proporcional ao produto das suas massas.

Ou, em termos matemáticos,

F = \frac{GMm}{R^2}

Até Newton, a maioria dos observadores mantinha que a massa era o mesmo que peso, o que é, na verdade, a força da gravidade agindo sobre qualquer objeto dentro do campo gravitacional do outro. Mas enquanto a massa e o peso sejam proporcionais, eles não são idênticos. O peso muda conforme à altitude, mesmo na Terra, embora a mudança seja normalmente insignificante. Mais direto ao ponto, um objeto terá pesos diferentes nos campos gravitacionais de diferentes corpos celestes, mas sua massa permanecerá a mesma.

Relatividade

Albert Einstein previu, e os experimentos posteriores mostraram, que a massa de um objeto não é constante. Em vez disso, a massa aumenta com a velocidade e também aumenta com qualquer aceleração ou com a posição em um poço gravitacional. Esta última relação permitiu a Einstein resolver um problema com a precessão da órbita do planeta Mercúrio, que, sozinho entre os oito planetas, se aproxima bastante do Sol para estar sujeitos a um efeito relativista de segunda ordem. Na verdade, um objeto com qualquer massa adequada seria infinitamente pesado tanto quanto a velocidade desse objeto se aproximasse da velocidade da luz.