Masa

La masa es una magnitud física fundamental que mide la cantidad de materia de un cuerpo y, al mismo tiempo, su resistencia a cambiar de movimiento (inercia). Se expresa en kilogramos (kg) en el Sistema Internacional de Unidades y, a diferencia del peso, no depende del lugar en el que se encuentre el objeto.

¿Qué es la masa?

En física clásica, la masa es la propiedad de un cuerpo que determina cuánto se acelera cuando se le aplica una fuerza y cuánta atracción gravitatoria ejerce y experimenta. Es una magnitud escalar: queda definida con un número y una unidad, sin dirección ni sentido.

La palabra procede del latín massa («masa, pasta, bloque»), y este del griego máza («masa de harina, torta»). Con el tiempo pasó del lenguaje cotidiano al científico para designar la cantidad de sustancia de un objeto.

Características de la masa

• Es constante: en mecánica clásica, la masa de un cuerpo es la misma en la Tierra, en la Luna o en el espacio.
• Es aditiva: la masa de un sistema es la suma de las masas de sus partes (en el contexto no relativista).
• Es siempre positiva: no se conocen masas negativas en la naturaleza.
• Se conserva en las reacciones químicas ordinarias (ley de conservación de la masa de Lavoisier). En física relativista, lo que se conserva es la masa-energía.
• Se mide con balanzas comparando el cuerpo con masas patrón, no con básculas de muelle, que miden el peso.

Tipos de masa

Masa inercial

Mide la resistencia de un cuerpo a variar su velocidad. Aparece en la segunda ley de Newton:

Si se aplica la misma fuerza a dos cuerpos, el de mayor masa inercial adquiere menor aceleración.

Masa gravitatoria

Mide la intensidad con la que un cuerpo interactúa gravitatoriamente con otros. Aparece en la ley de gravitación universal:

Los experimentos más precisos muestran que la masa inercial y la gravitatoria coinciden con una exactitud extraordinaria. Esta equivalencia es la base del principio de equivalencia de Einstein, punto de partida de la relatividad general.

Masa en reposo y masa relativista

En relatividad especial, la energía en reposo de un cuerpo es proporcional a su masa:

Hoy se habla casi siempre de masa invariante o masa en reposo, que no depende de la velocidad del observador, en lugar de la antigua «masa relativista».

Diferencia entre masa y peso

Son conceptos distintos que a menudo se confunden. El peso es la fuerza con la que un planeta atrae a un cuerpo; la masa es la cantidad de materia.

La relación entre ambos es P = m · g, donde g es la aceleración de la gravedad (unos 9,8 m/s² en la superficie terrestre y unos 1,6 m/s² en la Luna).

Unidades de masa

La unidad del Sistema Internacional es el kilogramo. Desde el 20 de mayo de 2019 se define fijando el valor numérico de la constante de Planck en h = 6,626 070 15 × 10⁻³⁴ J·s, y ya no por un cilindro de platino-iridio custodiado en Sèvres, cerca de París.

• 1 tonelada (t) = 1000 kg
• 1 gramo (g) = 10⁻³ kg
• 1 miligramo (mg) = 10⁻⁶ kg
• Unidad de masa atómica (u) ≈ 1,6605 × 10⁻²⁷ kg
• Libra (lb) ≈ 0,4536 kg (sistema anglosajón)

Ejercicios resueltos

Importancia de la masa

La masa está presente en prácticamente toda la física: determina las órbitas de los planetas y satélites, la energía cinética (Ec = ½ m v²) y el momento lineal (p = m · v) de un cuerpo en movimiento. En física de partículas, el bosón de Higgs, detectado en el CERN en 2012, está asociado al mecanismo por el que las partículas elementales adquieren masa.

Preguntas frecuentes

Referencias

• Newton, I. (1687). Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica. Londres: Royal Society.
• Resnick, R., Halliday, D. y Krane, K. S. Física. Editorial Patria.
• Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM). El Sistema Internacional de Unidades (SI), 9.ª edición (2019).