Füüsikalistes teadustes on mass ja kaal erinevad mõisted. Eseme mass on objektis sisalduva aine koguse mõõt — mass on aine hulk ja sellel on otsene seos objekti inertsusega (kui raskesti objekt muudab oma liikumisolekut). Kaal on seevastu gravitatsioonivälja poolt objektile avaldatava jõu mõõt: kaal väljendub kui jõud, millega gravitatsioon (ja vajadusel ka tsentrifugaaljõud) tõmbab objekti maa poole. Teisisõnu, mass iseloomustab aine hulka, kaal aga seda, kui tugevalt gravitatsioon objektile mõjub.

Ühikuid ja teisendusi

Massi ühikud:

  • kilogramm (kg) — SI-mõõtühik massile; väiksem ühik gramm (g) ja suurem tonn (t).
  • nael (lb) — tavaühik teatud maades; nael võib tähistada nii massi (lb) kui ka jõudu (lbf), seega tähelepanelikkust nõuab kontekst.

Kaal (jõud) mõõdetakse njuutonites (N). Standardkiirendus gravitatsioonis Maa pinnal on ligikaudu 9,80665 m/s² (tähistatakse g). Seetõttu on lihtne teisendus: ühekilogrammise massiga keha kogeb Maa pinnal ligikaudu 9,81 N suurust raskusjõudu. Vanemates süsteemides kasutatakse ka kilogramm-jõudu (kgf), kus 1 kgf ≈ 9,80665 N.

Põhilised erinevused

  • Püsivus vs muutlikkus: mass on sissepoole suunatud omadus ja ei muutu sõltuvalt sellest, kus objekt paikneb (nt Maa pinnal või kosmoses). Kaal sõltub gravitatsioonist ja võib eri kohtades erineda.
  • Valem: kaal (raskusjõud) W = m · g, kus m on mass ja g gravitatsioonikiirendus.
  • Praktiline näide: ühekilogrammine veemahuti (tavaliselt 1 liiter vett) omab massi umbes 1 kg (vt liiter ja maht), kuid tema kaal maal sõltub asukohast — standardtingimustes ≈ 9,81 N.
  • Maapinna variatsioonid: gravitatsioonikiirendus ei ole Maa pinnal täpselt ühesugune. Näiteks gravitatsioon on veidi väiksem ekvaatoril ja veidi suurem pöörelistel põhjusel ning Maa kujule (ta on veidi lamedam pooluse suunas). Selle tagajärjel muutub objekti kaal mõne protsendi piires, kuid massi see ei muuda. Kui objekt viiakse ekvaatorist põhjapoolusele, siis tema kaal võib muutuda (ligikaudu kuni 0,5% võrra), mitte mass.

Kuidas neid mõõdetakse praktikas

  • Kaalud (tasakaalud): näiteks kahe tassiga balanss mõõdab kahte massi omavahel võrreldes — selline mõõtmine on sõltumatu gravitatsioonist ja annab otsese massi suhtelise mõõdu. Seega balanss näitab sama massi nii Maas kui ka kosmoses (kui ei ole teisi väliseid jõude), eeldusel et mõõtmistingimused on võrreldavad.
  • Vedru- või digitaalne kaal: need mõõdavad tegelikult jõudu (raskusjõudu) ja teisendavad selle massiks, eeldades teatud gravitatsioonikiirendust (tavaliselt Maa keskmine g). Seetõttu annavad need eri kõrgustel või planeetidel erineva näidu samale objektile, kui teisendust ei kohandata.

Muud olulised aspektid

  • Inertsiaalne vs gravitatsiooniline mass: füüsikas eristatakse inertsiaalset massi (mis määrab objekti vastupanu kiiruse muutusele) ja gravitatsioonilist massi (mis määrab, kui tugevalt gravitatsioon objektile mõjub). Eksperimentaalselt on need kaks massi praktiliselt võrdsed — see on üks üldrelatiivsuse aluseid.
  • Igapäevane keel: tavakõnes kasutatakse sõna „kaal“ sageli massi tähenduses (näiteks „Ma olen 70 kg“). Tehniliselt on õigem öelda „minu mass on 70 kg“ ja „minu kaal Maa pinnal on ~686 N“.

Näited teisendustest: 1 kg ≈ 9,80665 N (standardg), 1 lb ≈ 0,45359237 kg ja 1 lbf ≈ 4,44822 N. Näiteks 70 kg massiga inimene kaalub Maa pinnal ligikaudu 70 · 9,81 ≈ 686 N.