O que é massa?

Massa é uma propriedade física dos corpos e partículas, por isso, seu conceito está sujeito à forma como é medida. Uma de suas definições é a inércia, que mede sua resistência à aceleração, que surge a partir da aplicação de uma força. A massa dos corpos também determina quão intensa é a atração gravitacional existente entre eles.

Também podemos entender a massa de um corpo como uma expressão da quantidade de matéria nele contida: prótons, nêutrons, elétrons e outras partículas menores. Apesar de existirem ainda outras diversas interpretações para essa grandeza física, todas elas têm-se mostrado equivalentes, mesmo nas mais precisas medidas realizadas em laboratório.

Confira abaixo algumas interpretações fenomenológicas da massa:

• Massa inercial: A massa inercial é definida pela primeira lei de Newton. Quanto maior for a massa inercial de um corpo, menor será a aceleração por ele adquirida quando estiver sofrendo a ação de uma força. Em outras palavras, a massa inercial mede a resistência que um corpo apresenta ao sofrer a aplicação de uma força

• Massa gravitacional: De acordo com a lei da gravitação universal, todos os corpos que têm massa atraem-se mutuamente graças à força gravitacional. Caso um corpo ou uma partícula não tenha massa, não será atraído na direção de um campo gravitacional. Quanto maiores forem as massas interagentes, maior será a força de atração entre elas.

• Energia de repouso: De acordo com a teoria da relatividade espacial, de Albert Einstein, a relação entre massa e energia é dada pela expressão E = mc² (c = 3,0.10₈ m/s). Essa energia, chamada de energia de repouso (E), mede a equivalência energética de uma porção de massa m.

• Comprimento de onda Compton: É uma propriedade quântica utilizada para determinar o comprimento de onda de partículas, como elétrons, prótons e nêutrons. De acordo com a dualidade da matéria, que ora pode apresentar-se como partícula, ora como onda, cada partícula apresenta um comprimento de onda, que pode ser calculado por meio da expressão: λ = h/mc, sendo h a constante de Planck (6,62607004 × 10^-34 m² kg/s) e m a massa da partícula.

Tópicos deste artigo

• 1 - Medidas de massa
• 2 - Massa e peso
• 3 - Massa e volume
• 4 - Massa relativística
• 5 - Massa e energia
• 6 - Origem da massa

Medidas de massa

A massa é uma das grandezas fundamentais da Física, assim como o tempo e a distância. A medida oficial de massa, de acordo com o Sistema Internacional de Unidades, é o quilograma, cujo símbolo é kg.

Veja também: O que são grandezas físicas?

Antigamente, o quilograma era definido a partir de um litro de água pura. No entanto, a imprecisão nas medidas de volume de água, a presença de impurezas e a grande volatilidade dessa substância forçaram a comunidade científica a utilizar uma alternativa mais estável para o quilograma.

A referência usada atualmente para a definição de quilograma é um pequeno cilindro feito de uma liga metálica de platina e irídio, chamado IPK (International Prototipe Kilogram). Esse objeto foi forjado em 1889 e cuidadosamente armazenado desde então na cidade de Paris, na França.

O padrão internacional do quilograma é armazenado em uma campânula a vácuo.

Assim como a original, existem outras diversas réplicas do IPK distribuídas pelo mundo a fim de que se estabeleça um padrão para as medidas de massa. No entanto, nos últimos anos, medidas recentes da massa desses objetos vêm apresentando flutuações preocupantes. Em virtude disso, o quilograma deixará, em breve, de ser baseado em um objeto, passando a ser medido em termos de uma constante fundamental da Física: a constante de Planck.

Massa e peso

Massa e peso são grandezas distintas: enquanto a massa é uma grandeza escalar, o peso é a força de atração que a Terra exerce sobre os corpos que se encontram acima de sua superfície.

É comum haver confusões conceituais entre esses termos, uma vez que, para medirmos a massa dos corpos na Terra, utilizamos balanças. Esses instrumentos medem o peso, ou seja, a força com que a Terra atrai os objetos (algumas balanças medem a força normal exercida pelo corpo). É a partir dessa medida que conseguimos inferir as massas dos corpos.

Veja também: Saiba mais sobre a diferença entre massa e peso.

Além disso, após o desenvolvimento da teoria da relatividade geral, sabemos que grandes massas, como as dos planetas e do Sol, são capazes de deformar o relevo do espaço-tempo, fazendo com que surjam os fenômenos gravitacionais.

Corpos com massas muito grandes podem causar deformações no espaço-tempo, como os buracos negros.

Massa e volume

Massa e volume são grandezas distintas que se relacionam pela densidade dos corpos. O volume de um corpo é o espaço que ele ocupa. Nesse espaço, pode haver mais ou menos massa, de acordo com sua densidade. Por exemplo, o gelo tem densidade de 0,917 grama por centímetro (g/cm³), ou seja, um cubo de gelo com um centímetro de altura, largura e profundidade tem massa de 0,917 grama.

O volume de um corpo, por sua vez, depende da sua agitação térmica, que determina as distâncias médias entre suas moléculas. Essas distâncias podem também variar de acordo com a pressão exercida sobre o corpo.

Massa relativística

Massa relativística é um conceito errôneo, geralmente atribuído a uma má interpretação das equações da relatividade especial, desenvolvidas por Albert Einstein. De acordo com essa interpretação, a massa de um corpo aumentaria à medida que sua velocidade ficasse próxima da velocidade da luz. No entanto, sabe-se que, na verdade, quem sofre tal aumento é o momento linear do corpo, ou seja, sua quantidade de movimento. Portanto, independente se um corpo estiver em repouso ou com velocidade próxima à velocidade da luz, sua massa continuará a mesma.

Massa e energia

Após as contribuições de Einstein, o conceito de massa ganhou novas interpretações. Hoje, sabemos que toda massa carrega uma enorme quantidade de energia, chamada de energia de repouso. Essa energia está expressa na matéria por meio das ligações entre as partículas que compõem as partículas subatômicas, como os prótons e nêutrons. Esses últimos, por exemplo, são formados por trios de quarks, partículas fundamentais de alta energia.

Veja também: Conheça as 17 partículas que compõem o Universo.

Origem da massa

Por volta de 1950, Higgs sugeriu que a massa de uma partícula era atribuída pelo bóson (partícula sem massa) ligado a ela. Essa teoria foi comprovada em 2013 por meio da criação do LHC (Large Hadrons Collider), o maior acelerador de partículas do mundo.

Veja também: Conheça a teoria das cordas.

Após as contribuições da Física de Partículas, hoje sabemos que existem duas classes de partículas: os bósons e os férmions. Os bósons, como os fótons e glúons, são partículas responsáveis pela interação entre partículas. São conhecidos também como partículas virtuais, já que não possuem massa e, por isso, movem-se constantemente na velocidade da luz. Os férmions, por sua vez, são partículas que possuem massa e, por isso, jamais conseguiriam atingir tamanha velocidade, pois apresentam inércia.

Por Me. Rafael Helebrock