Почему килограмм перьев и килограмм стали весят по-разному на Земле

Килограмм пуха и килограмм стали действительно могут показывать разный вес на весах. Причина не в массе материалов, а в выталкивающей силе воздуха: объёмный образец перьев вытесняет больше воздуха, чем компактный стальной груз, и поэтому испытывает более сильную поддержку со стороны атмосферы.

Разница становится заметной, если сравнивать показания точных весов. При плотности кератина около 1,3 г/см³ килограмм этого материала занимает примерно 751 см³. Килограмм стали при плотности 7,86 г/см³ — всего около 127 см³. На уровне моря воздух создаёт для первого образца выталкивающую силу, эквивалентную примерно 0,92 г, а для второго — около 0,16 г. Поэтому сталь на весах покажет немного больший вес, хотя масса обоих образцов одинакова.

В вакууме этот эффект исчезает: при одинаковой массе и в одном гравитационном поле оба образца будут уравновешивать друг друга. В обычном воздухе действует принцип Архимеда — тело испытывает направленную вверх силу, равную весу вытесненного им воздуха. Именно поэтому при высокоточных измерениях массы необходимо учитывать плотность воздуха и объём взвешиваемого предмета.

В 2014 году физики Джулиано Зендри, Луиджи М. Граттон и Стефано Осс исследовали эту задачу в работе The Weight of Iron and Feathers, опубликованной в журнале Physics Education. В эксперименте они использовали бронзовую пластину и образец вспененного полистирола: по мере откачки воздуха из камеры равновесие весов изменялось. Эффект невелик, но для точной метрологии он принципиален — поправка на выталкивающую силу воздуха может быть одним из главных источников погрешности измерения массы.

Источник: iflscience