Определение Вес тела — сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле давит на опору или растягивает подвес.
Вес тела имеет электромагнитную природу (не путать с силой тяжести — она возникает между двумя телами и имеет гравитационную природу!). Обозначается P. Измеряется динамометром. Единица измерения — Н (Ньютон).
Вес имеет направление, противоположное силе реакции опоры или силе натяжения нити. Точкой приложения веса является точка опоры или подвеса: P↑↓N или P↑↓T.
Согласно III закону Ньютона модуль веса тела определяется одной из следующих формул:
P = T; P = N; P = Fупр.
Если тело и опора или подвес неподвижны, то модули силы реакции опоры, силы натяжения подвеса, а также силы упругости равны модулю силы тяжести. Поэтому в неподвижной системе модуль веса неподвижного тела тоже равен модулю силы тяжести:
P0 = Fтяж = mg
Если тело находится в состоянии невесомости, его вес равен нулю: P = 0. Это значит, что это тело не оказывает никакого действия ни на подвес, ни на опору.
Пример №1. Гиря массой 1 пуд стоит на полу. Определить вес гири.
Так как гиря покоится, ее вес будет равен модулю силы тяжести. 1 пуд = 16,38 кг. Следовательно:
P = mg = 16,38∙10 = 163,8 (Н)
Задачи на вес и невесомость с решениями
Задача №1. Задача на расчет веса тела, движущегося с ускорением
Условие
Груз массой 20 кг лежит на полу лифта, который движется вверх с ускорением а=4 м/с^2. Найти вес тела.
Решение
По второму закону Ньютона (в векторной форме и в проекции на ось y):
По третьему закону Ньютона:
Ответ: 280 Ньютонов
Задача №2. Задача на вычисление веса тела в жидкости
Условие
Шар радиусом 10 сантиметров имеет массу 20 килограмм. Сколько она будет весить в воде?
Решение
Вес шара в воздухе:
На тело, погруженное в жидкость, действует сила Архимеда:
Ответ: P=158 Н.
Задача №3. Нахождение веса тела при известной массе
Условие
Тело весит 400 Ньютонов. Какова его масса?
Решение
Ответ: 60 кг.
Задача №4. Вычисление веса жидкости
Условие
Какой вес имеет вода, полностью заполнившая литровую бутылку?
Решение
Зная объем воды и взяв из справочника ее плотность, вычислим массу воды:
Ответ: Р=10 Н.
Задача №5. Нахождение веса при свободном падении. Невесомость на Земле
Условие
Лифт с человеком срывается в шахте и свободно падает вниз, пока не сработает система безопасности. Чему в момент падения равен вес человека.
Решение
Лифт и человек движутся с ускорением a=g. Согласно второму и третьему законам Ньютона, вес человека в этом случае будет вычисляться по формуле:
Другими словами, человек никак не действует на опору, так она падает одновременно с ним. Типичный пример, когда вес равен нулю.
Ответ: P=0 Н.
Кстати! Для наших читателей действует скидка 10% на любой вид работы.
Вес в физике
Масса – это мера инертности тела. Чем тело обладает большей инертностью, тем больше времени понадобится, чтобы придать ему скорость. Грубо говоря, чем выше значение массы, тем тяжелее сдвинуть предмет. В международной системе единиц массу измеряют в килограммах. Но её также измеряют и в других единицах, например;
- унция;
- фунт;
- стоун;
- американская тонна;
- английская тонна;
- грамм;
- миллиграмм и так далее.
Когда мы говорим один, два, три килограмма, мы сравниваем массу с эталонной массой (прообраз которой находится во Франции в МБМВ). Масса обозначается m.
Вопросы на тему «вес и невесомость»
Вопрос 1. В каком случае вес тела равен силе тяжести, действующей на него?
Ответ. Вес равен силе тяжести, если тело покоится или движется равномерно и прямолинейно (с нулевым ускорением).
Вопрос 2. В каких еще случаях можно испытывать состояние невесомости?
Ответ. Состояние невесомости также достигается при свободном падении.
Вопрос 3. Вредно ли длительное воздействие невесомости на здоровье?
Ответ. Длительное пребывание в невесомости влечет адаптивные изменения в сердечно-сосудистой и опорно-двигательной системах. Поэтому, по прибытии на Землю, космонавтам необходима реабилитация.
Вопрос 4. Где вес 100-киллограммового тела будет больше: на Земле, на Марсе или на Сатурне?
Ответ. Вес тела будет больше на Сатурне, так как там сильнее гравитационное взаимодействие.
Вопрос 5. От чего зависит вес тела?
Ответ. Вес зависит от ускорения, с которым движется тело, а также от физической среды, в которой тело находится. Например, в воде вес будет меньше, так как на тело действует выталкивающая сила Архимеда, которая частично компенсирует силу тяжести.
Все мы слышали слово «перегрузка». Перегрузка – противоположность невесомости. Это значит, что вес тела увеличивается из-за ускоренного движения опоры или подвеса.
Видео
В этом видео уроке разбирается тема – сила тяжести и вес тела.
Вес тела ($overline
$) – это сила, с которой тело действует на опору или подвес в результате притяжения тела к Земле.
Следовательно, как и для всякой силы, ньютон – единица измерения веса.
Основным законом классической динамики можно считать второй закон Ньютона. В состав его математического выражения входят две величины, которые невозможно выразить только при помощи кинематических параметров. Этими величинами являются сила ($overline$) и масса ($m$). Данные величины равно значимы. Любую из них можно считать основной. Выбрав для единицы одной из них эталон, получают единицу для другой, используя основной закон динамики поступательного движения. Так можно получить две разные системы единиц, в одной из них (метрической) основными единицами служат единицы массы, а единицы силы считаются производными. Причиной выбора единиц массы как основным в первую очередь служит то, что для массы проще создать эталон.
Единицы измерения веса в других системах единиц
Иногда в физике применяют систему единиц, называемую СГС (сантиметр, грамм, секунда). В этой системе единица длины – сантиметр (см), единица массы – грамм (г), единица времени секунда (с). В системе СГС единицу веса, как и любой силы, называют дина (обозначение: дин). 1 дин – это сила, которая сообщает телу массой 1 г ускорение, равное 1$frac<�см><�с^2>$. Дина в сравнении с ньютоном очень маленькая единица силы. Ньютон и дина соотносятся как:
При технических расчетах можно встретить еще одну единицу измерения веса, которую называют килограмм – сила (кгс). 1 кгс – это сила, с которой Земля действует на эталонную массу в один килограмм, притягивая ее.
[1Нapprox 0,10197162 кгс.]
В России килограмм-силу используют как внесистемную единицу измерения силы.
Получаем, дин, кгс – единицы измерения веса.
Понятие «вес»
Этот термин показывает, насколько объект считается тяжелым. Именно поэтому рассматриваемые понятия часто применяют как синонимы. Однако с технической точки зрения вес – это сила, которую массосодержащий объект оказывает на другое тело только под влиянием силы тяжести. Потому его измеряют в ньютонах.
Таким образом, это понятие применяют для оценки количества силы, которую гравитация производит на тело. Она зависит от массы. Чем выше этот параметр, тем больше гравитация. На Земле она составляет примерно 9,8 ньютона на 1 килограмм.
Если речь идет о том, что человек весит 70 килограммов, его вес будет составлять 70*9.8 = 686 ньютонов. Эту силу для удобства оценивают в килограммах.
На Луне, где сила тяжести меньше в 6 раз, чем на Земле, 70-килограммовый космонавт будет весить 112 ньютонов. На Земле это соответствует значению 11,2 килограмма.
Даже на МКС, где люди пребывают в состоянии невесомости, они обладают массой. Космонавтам все равно требуется отталкиваться от стен и перемещения. Чем больше они весят, тем больше усилий понадобится для этого.
Ускорение свободного падения
Название этого пункта статьи является ответом на вопрос, что означает буква g в физике. Используют ее потому, что с латинского языка слово «гравитация» будет gravitas. Теперь осталось понять, что такое свободного падения ускорение. Чтобы это сделать, рассмотрим, какая сила действует на каждое тело, находящееся вблизи поверхности Земли. Пусть тело имеет массу m, тогда получаем:
F = G*m *M /R2 = m*g, где g = G*M/R2.
Здесь M, R — масса и радиус нашей планеты. Отметим, даже если тело находится на некоторой высоте h над поверхностью, то эта высота намного меньше величины R, поэтому в формуле ее можно не учитывать. Рассчитаем величину g:
g = G*M/R2 = 6,67*10-11*5,972*1024/(6371000)2 = 9,81 м/c2.
Что в физике означает g? Ускорение g — это такая величина, на которую увеличивается скорость совершенно любого тела, падающего свободно на поверхность Земли. Из вычислений следует, что прирост к скорости за каждую секунду падения составляет 9,81 м/c (35,3 км/ч).
Обратим внимание, что величина g от массы тела не зависит. В действительности же можно заметить, что более плотные тела падают быстрее менее плотных. Происходит это потому, что на них действуют разные силы сопротивления воздуха, а не разная сила тяжести.
Формула выше позволяет определить g не только для нашей Земли, но и для любой другой планеты. Например, если в нее подставить массу и радиус Марса, то получим величину 3,7 м/с2, что почти в 2,7 раза меньше, чем для Земли.
История понятия
Понятия тяжести и лёгкости в качестве неотъемлемых свойств физических тел упоминаются ещё древнегреческими философами. Платон описывал вес как естественную тенденцию предметов к поиску себе подобных. Для Аристотеля лёгкость была свойством в восстановлении порядка основных элементов: воздуха, земли, огня и воды. Архимед рассматривал вес как качество, противоположное плавучести. Первое контактное определение было дано Евклидом, описывающее величину как лёгкость одной вещи по сравнению с другой, измеряемую балансом.
Когда средневековые учёные обнаружили, что на практике скорость падающего предмета со временем возрастала. Они изменили концепцию веса для сохранения причинно-следственных связей между явлениями. Понятие было разделено для тел в состоянии покоя и находящихся в гравитационном падении.
Значительных результатов в теории добился Галилей, пришедший к выводу, что величина пропорциональна количеству вещества в объекте, а не скорости его движения, как предполагала Аристотелева физика. Открытие Ньютоном закона всемирного тяготения привело к принципиальному отделению веса от фундаментального свойства объектов, связанных с инерцией. Факторы окружающей среды и плавучесть учёный считал искажением условий измерения. Для подобных обстоятельств он ввёл термин кажущийся вес.
В XX веке ньютоновские концепции абсолютного времени и пространства были поставлены под сомнение работами Эйнштейна. Теория относительности поставила всех наблюдателей, движущихся и ускоряющихся, в разные условия. Это привело к двусмысленности относительно того, что именно подразумевается под массой, которая вместе с гравитационной силой стала по существу зависящей от системы отсчёта величиной.
Неоднозначности, порождённые относительностью, привели к серьёзным дебатам в педагогическом сообществе о том, как определять вес для учеников и что им должно называться. Выбор стал лежать между пониманием его как силы, вызванной гравитацией Земли, и контактным определением, вытекающим из акта взвешивания.
Что такое масса?
Масса в физике – это скалярная величина. Она определяет свойства тела в ситуациях, когда его скорость существенно ниже скорости света. Массу разделяют на две разновидности:
- гравитационная – отображает, с какой силой взаимодействует тело с внешними гравитационными полями, а также какое поле тяготения создает само тело;
- инертная – показывает свойство тела оставаться в покое либо двигаться прямолинейно при отсутствии внешнего воздействия.
Международный эталон килограмма. Цилиндр из сплава платины (90%) и иридия (10%). Находится в международном бюро мер и весов
Масса определяет, сколько вещества содержится в предмете, и выражается в килограммах. Численно она приблизительно соответствует весу тела в кгс (килограмм-сила), которое находится в состоянии покоя у земной поверхности. В обыденных ситуациях слова «вес» и «масса» часто употребляются в качестве синонимов, но это не одно и то же.
Интересный факт: часто на упаковках с продуктами можно встретить два значения массы – нетто и брутто, которые могут вызвать трудности. На самом деле здесь нет ничего сложного, поскольку масса нетто показывает, сколько весит продукт в чистом виде, а масса брутто – вместе с упаковкой.
Например, если вес космонавта на Земле составляет 80 кг, то на орбите он будет практически равен нулю, на Луне – около 15 кг, а на Юпитере – 200 кг. При этом масса во всех ситуациях остается одинаковой.
Интересно: Какой самый быстрый объект после света? Фото и видео
При измерении массы не принимается во внимание действие различных сил. Ее рассчитывают, когда тело находится в состоянии покоя и инертности. Примечательно, что в медицине обычно приходится иметь дело с такими понятиями, как «вес человека», хотя, по сути, речь идет о массе.
Ньютон – единица измерения веса в Международной системе единиц
В настоящее время в физике в большем масштабе, чем остальные, используют Международную систему единиц (СИ) в которой ньютон – единица измерения веса, как разновидности силы. Один ньютон (1Н) – это сила, сообщающая телу, имеющему массу в 1 килограмм, ускорение равное 1 метру, деленному на секунду в квадрате в направлении действия силы:
Ньютон не является основной единицей в СИ. С такой единицей как ньютон используют кратные и дольные единицы силы, применяя стандартные приставки системы СИ, например: $1кН=<10>^3Н;; 1нН=<10>^<-9>Н;; 1МН=<10>^6Н.$
И так, ньютон и $frac<�кгcdot м><�с^2>.$ – единицы измерения веса, как силы в системе СИ.
Чем отличается масса от веса?
Разница между массой и весом
Главные отличия между массой и весом:
- Масса – скалярная, постоянная величина, а вес – векторная величина, меняющаяся в зависимости от текущих условий (в частности от силы тяжести).
- Масса показывает количество вещества в теле. Вес – это сила, с которой объект давит на опору.
- Масса измеряется в килограммах. Вес – в ньютонах.
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Явление гравитации
Чтобы понять, что в физике означает g (в 7 классе общеобразовательных школ проходят эту тему), следует познакомиться с явлением гравитации. В конце XVII века Исаак Ньютон опубликовал свой знаменитый научный труд, в котором сформулировал основные положения механики. В этом труде особое место он выделил для так называемого закона Всемирного тяготения. Согласно нему все тела, которые обладают конечной массой, притягиваются друг к другу независимо от расстояния между ними. Сила притяжения между телами с массами m1, m2 вычисляется по следующей формуле:
F = G*m1*m2/r2.
Здесь G — универсальная гравитационная константа, r — расстояние между центрами масс тел в пространстве. Сила F называется гравитационным взаимодействием, которое, как и кулоновское, убывает с квадратом расстояния, однако в отличие от кулоновского гравитация носит только притягивающий характер.
Разница массы и веса
Существенное отличие между этими понятиями заключается в том, что масса объекта остается постоянной, а вот вес может изменяться в зависимости от условий, например, он может зависеть от высоты, с которой тело падает вниз.
Также в состоянии невесомости вес предметов может быть равен нулю, в то время как их масса вовсе не нулевая и даже у каждого своя.
Интересно, что из-за повседневного вращения Земли вокруг своей оси в некоторых местах наблюдается уменьшение широтного веса.
Математическое выражение
В физике для расчета применяется такая формула:
m=ρ*V,
где V – это объем тела.
Этот параметр считается скалярным, и в этом кроется его основное отличие. Вектор веса всегда приложен к подвесу или опоре и направлен строго вниз. Таким образом, этим термином называют силу. Для расчета этого показателя применяют различные формулы.
Если определение параметра осуществляется в состоянии покоя опоры, стоит использовать такой вариант:
Р=m*g,
где g – представляет собой ускорение свободного падения, которое составляет 9,8 м/с2.
Наше время
Сейчас люди практически не видят разницу массы и веса. Типичным примером этого является любая покупка в магазине, когда покупатель спрашивает у продавца информацию о весе продукта. С точки зрения науки, правильно было бы поинтересоваться его массой. Тем не менее на упаковках производитель указывает все как нужно.
Мы можем увидеть там такие надписи, как «масса нетто» (то есть масса чистого продукта) и «масса брутто» (масса продукта вместе с упаковкой). В результате этого масса и вес стали практически синонимами в потребительской сфере, и большинство людей искренне удивляются, когда кто-то пытается им доказать, что есть разница в массе и весе.
В настоящее время нет особых требований в том, чтобы каждый человек умел различать данные понятия. Скорее, это больше необходимо тем, кто занимается научной деятельностью.
Источник
