В связи с чем элементы со схожими свойствами могут иметь разные массы?

1)Согласно формуле гидростатического давления (давление жидкостей): P=ρ*g*h где ρ - плотность вещества (кг/м³), g - ускорение свободного падения (g = 9,8 м/с²). h - высота столба жидкости (м). 

Вычислим: плотность воды p = 1000 кг/м³.

P=1000*9,8*50=490 КПа.

2)Силы которые давят на поршень пропорциональны площадям.

F1/F2=S1/S2
Сила воздействия на поршень равна весу гири.
F1=P1=m1*g
F2=P2=m2*g
подставляем формулу веса 
m1*g/m2*g=S1/S2
m1/m2=S1/S2
находим вес второй гири
m2=m1*S2/S1
m2=4кг * 200см2 / 20см2=40кг

Векторная форма записи
mg+F+N+Fтр=0
в проекции на ось движения
-mg*sin(pi/18)+F*cos(x-pi/18)+0-Fтр=0
в проекции на ось перпендикулярно направлению движения
-mg*cos(pi/18)+F*sin(x-pi/18)+N+0=0
кроме того Fтр = k*N
надо найти зависимость F=F(x) и ее экстремум (минимум)

-mg*sin(pi/18)+F*cos(x-pi/18)+0-Fтр=0
-mg*cos(pi/18)+F*sin(x-pi/18)+N+0=0
Fтр = k*N

-mg*sin(pi/18)+F*cos(x-pi/18)-k*N=0
-mg*cos(pi/18)+F*sin(x-pi/18)+N=0

-mg*sin(pi/18)+F*cos(x-pi/18)=k*(mg*cos(pi/18)-F*sin(x-pi/18))
N=mg*cos(pi/18)-F*sin(x-pi/18)

-mg*sin(pi/18)+F*cos(x-pi/18)=k*mg*cos(pi/18)-k*F*sin(x-pi/18)

F*cos(x-pi/18)+k*F*sin(x-pi/18)=k*mg*cos(pi/18)+mg*sin(pi/18)

F*(cos(x-pi/18)+k*sin(x-pi/18))=mg*(k*cos(pi/18)+sin(pi/18))

F=mg*(k*cos(pi/18)+sin(pi/18))/ ((cos(x-pi/18)+k*sin(x-pi/18))

F=const// ((cos(x-pi/18)+k*sin(x-pi/18))
найдем максимум функции y(x) = cos(x-pi/18)+k*sin(x-pi/18) и приравняем нулю
y`=-sin(x-pi/18)+k*cos(x-pi/18)=0
x-pi/18=arctg(k)
x=arctg(k)+pi/18 = arctg(0,25)+pi/18 = 0,419512 рад = 24,03624 град ~24˚ 2`10``