Masa y Peso Significado, Diferencia, y Medición

Significado: ¿Qué implica y diferencia la masa y el peso para la física?

Son atributos que le pertenecen a cada objeto. La masa es una propiedad fundamental, inherente a todos los cuerpos y constituye una medida de su inercia, es decir, la resistencia que oponen a cambiar su movimiento. Está relacionada con la cantidad de materia en el objeto y en todo caso es una cantidad escalar, que se especifica totalmente con un valor numérico y una unidad adecuada. En cambio, el peso es una fuerza que es ejercida por la Tierra (u otro objeto celeste) sobre cualquier cuerpo sobre o cercano a su superficie. Como es una fuerza, además del valor numérico, es necesario especificar la magnitud y el sentido, que en este caso es hacia el centro de la Tierra.

Ambos suelen confundirse dada la estrecha relación entre ellos y la forma de calcular el peso. En efecto, la magnitud de este viene dada por:

P = m∙g

Donde P representa el módulo del peso, m es la masa y g el valor de la aceleración de la gravedad. Es claro entonces que, por depender de g, el peso es diferente para cada cuerpo celeste, e incluso presenta pequeñas diferencias en la Tierra, a causa del achatamiento de los polos y las diferencias en la altura y la densidad.

Unidades para la masa

La masa es una de las magnitudes fundamentales de la Física y en el Sistema Internacional de Unidades SI, la unidad es el kilogramo (kg). El patrón de referencia para el kilogramo solía ser una barra cilíndrica hecha de una aleación de platino e iridio, guardada en el Museo de Pesas y Medidas de Sevres, en Francia. Pero este patrón fue abandonado en 2019 a favor de una nueva definición dada en términos de la constante de Planck, un valor presente en la naturaleza dual de la luz, que como se sabe es onda y partícula a la vez.

Este cambio en la definición de la masa procura establecer un patrón que no cambie con el tiempo, y las constantes como la de Planck, así como la velocidad de la luz y la carga del electrón son ideales.

Si alguien se pregunta cómo se relaciona la masa con la constante de Planck, denotada como “h”, hay que recordar que la energía de una onda electromagnética es proporcional a su frecuencia, siendo “h” la constante de proporcionalidad. Y que por otra parte, la energía E y la masa m están relacionadas mediante la conocida ecuación de Einstein:

E = m∙c2

Donde c es la velocidad de la luz en el vacío, otra constante de la naturaleza.

La constante de Planck puede medirse en el laboratorio con varios métodos. Para la nueva definición de kilogramo, la Oficina Internacional de Pesas y Medidas acordó el empleo de un instrumento muy sensible llamado balanza de Kibble, con la cual llevar a cabo la medida.

Otras unidades de uso frecuente son: el gramo (g), en el sistema CGS y el slug, en el sistema anglosajón de unidades. Las respectivas equivalencias con el kilogramos son:

1 kg = 1000 g
1 slug = 14.5939 kg.

Unidades para el peso

El peso es una fuerza y en el Sistema Internacional de Unidades SI la fuerza viene en newton (N). 1 N equivale a la fuerza necesaria para que un objeto de 1 kg de masa adquiera una aceleración de 1 m/s2.

También aparecen, tanto en la cotidianidad como en la literatura especializada, unidades como la dina en el sistema CGS, cuya equivalencia con el newton es:

1 N = 1 × 105 dinas.

Asimismo es frecuente el kilogramo-fuerza (kg-f), que en ocasiones se denomina simplemente kilogramo. Un kg-f equivale al peso de un objeto de 1 kg de masa ubicado a 45º de latitud y a nivel del mar. Es necesario especificar la localización geográfica así como la altura, ya que, como se mencionó con anterioridad, la aceleración de gravedad experimenta ligeras variaciones con la latitud y con la altura.

De esta manera, la equivalencia entre kg-f y N es:

1 kg-f = 9.81 N

Si alguien va de compras y pide que le pesen 1 kg de patatas, en realidad se trata de 1 kg-f de patatas, pero que numéricamente equivale a una masa de 1 kg.

El sistema anglosajón tiene una unidad semejante al kg-f: se trata de la libra-fuerza o lb-f, equivalente al peso de una masa de 1 lb cuando la aceleración de gravedad es de 32.16 pies/s2. Su equivalencia con el newton es:

1 lb-f = 4.45 N.

Cabe destacar que la mayoría de los países emplean el Sistema Internacional de Unidades para sus medidas, salvo muy contadas excepciones, como los Estados Unidos, que todavía no abandonan su sistema tradicional.

Aplicación

¿Cuánto pesa en Marte un objeto de 5 kg de masa? ¿Y en la Luna? Se sabe que la gravedad marciana es de g = 3.71 m/s2 y la gravedad lunar es gL = 1.62 m/s2. Expresar los resultados en N.

Respuesta

Sea PM y PL el peso en Marte y en la Luna respectivamente:

PM = 5 kg × 3.71 m/s2 = 18.6 N

PL = 5 kg × 1.62 m/s2 = 8.1 N

Al ser la gravedad de Marte mayor que la de la Luna, es de esperar que las cosas pesen más.