Чем вес отличается от силы тяжести как найти точку приложения веса
Масса обозначается символом \(m \), является скалярной величиной и в СИ измеряется в килограммах.
Иногда массу в условии некоторых задач задают в граммах или, например, в тоннах. Чтобы перевести массу в килограммы, используют такие формулы:
\[ \large \boxed < \beginm = \left( \text \right) \cdot 10^ \left( \text\right) \\ m = \left( \text \right) \cdot 10^ \left( \text\right) \\ m = \left( \text \right) \cdot 10^ \left( \text\right) \\ m = \left( \text \right) \cdot 10^ \left( \text\right) \\ \end> \]
- \( \large \text \) – подставьте количество тонн вместо этой скобки;
- \( \large \text \) – вместо этой скобки подставьте количество сотен килограммов;
- \( \large \text \) – подставьте количество граммов вместо этой скобки;
- \( \large \text \) – вместо этой скобки подставьте количество миллиграммов;
От массы зависят инерционные и гравитационные свойства физических тел.
Масса в природе проявляет себя двумя способами. Поэтому, выделяют:
- массу инертную и
- массу гравитационную.
Инертная масса
Масса инертная влияет на способность тела двигаться по инерции. Такая масса используется в формуле второго закона Ньютона.
Гравитационная масса
Гравитационная масса определяет силу, с которой тело притягивается к другим телам. Эта масса используется в формуле закона всемирного тяготения.
Различные эксперименты показали, что инертная и гравитационная массы равны с высокой степенью точности. Поэтому, при изучении школьной физики можно просто говорить «масса», не уточняя, о какой именно массе идет речь.
Так же, масса входит в формулы для расчета импульса и механической энергии.
Массой обладают все макроскопические тела, а, так же, такие элементарные частицы, как протоны, нейтроны, электроны и т. д. Однако, существуют и частицы, у которых нет массы покоя, например – фотоны.
Примечание: Фотон – элементарная частица, переносчик электромагнитного взаимодействия, движется со скоростью света, часто проявляет волновые свойства. Подробнее о фотонах вы узнаете в основах квантовой физики.
Сила тяжести
Вес – это сила. Этой силой тело давит на опору, когда опирается на нее, или растягивает подвес, когда на нем висит.
Является векторной величиной и обозначается символом \(\vec \).
\(\vec \left(H\right) \) – вес тела, как любая сила в СИ измеряется в Ньютонах.
Вес отличается от массы. Вес, как и любая сила, измеряется в Ньютонах, а масса измеряется в килограммах.
Когда тело опирается о горизонтальную поверхность, его вес равен по модулю силе реакции опоры по третьему закону Ньютона. Поэтому, в задачах для нахождения веса удобно вычислять силу \(\large \vec\). Как только мы найдем реакцию опоры \(\large \vec\), мы найдем вес тела, давящего на эту опору.
Примечание: Векторы равны по модулю, когда обладают одинаковыми длинами. Так как длина вектора обозначается числом, то физики о равных по модулю векторах сил могут сказать: силы численно равны.
Чем вес отличается от силы тяжести
Что такое невесомость
Подбросим мяч вверх и рассмотрим свободный полет мяча. Пока он в полете, он не давит на опору и не растягивает подвес. Проще говоря, мяч находится в невесомости – то есть, не имеет веса.
Масса есть всегда, а вес может отсутствовать! Как убедимся чуть позже, одна и та же масса может обладать различным весом.
Как изменяется вес тела лифте
Давайте выясним, какой вес имеет тело, находящееся в покоящемся лифте, или в лифте, который будет двигаться вверх или вниз с ускорением, или без него.
Если скорость лифта не изменяется
Сначала рассмотрим покоящийся лифт (рис. 1а), либо движущийся вверх (рис. 1б), или вниз (рис. 1в) с неизменной скоростью.
Примечание: «неизменной», также, значит «постоянной», или «одной и той же».
Рис. 1. Тело опирается на пол в покоящемся – а) лифте, движущемся с одной и той же скоростью верх – б), или вниз – в)По первому закону Ньютона, когда действие других тел скомпенсировано, тело, не меняющее свою скорость, находится в инерциальной системе отсчета.
Как видно из рисунка, взаимодействуют два объекта: тело и опора. Тело давит своим весом на опору, а опора отвечает телу (рис. 1) силой своей реакции.
Будем записывать для рассмотренных случаев рисунка 1 векторные силовые уравнения:
\[ \large N – m \cdot g = 0 \]
А в этой статье подробно и с объяснениями написано о том, как составлять силовые уравнения (ссылка).
Прибавив к обеим частям уравнения величину \( m \cdot \vec \), получим
\[ \large N = m \cdot g \]
По третьему закону Ньютона, вес тела и реакция опоры направлены противоположно и равны по модулю. Поэтому, найдя силу реакции опоры, мы автоматически находим вес тела.
Воспользуемся тем, что \( \left|\vec \right|= \left|\vec \right|\), получим
То есть, вес тела в покоящемся лифте, или движущемся вверх или вниз с неизменной скоростью, будет равен \( mg \). Если вектор скорости лифта не изменяется ни по направлению, ни по модулю, лифт можно считать инерциальной системой отсчета.
Если скорость лифта изменяется
Теперь выясним, каким весом будет обладать тело в лифте, движущемся с ускорением (рис. 2).
Примечание: Лифт, движущийся с ускорением, не является инерциальной системой отсчета. Читайте подробнее о инерциальных системах.
Запишем силовые уравнения. Для рисунка 2а, уравнение выглядит так:
\[ \large N – m \cdot g = m \cdot a \]
А для рисунка 2б, так:
Прибавим теперь к обеим частям уравнений величину \( m \cdot g \), получим:
\( \large N = m \cdot a + m \cdot g \) – для случая рис. 2а;
Вынесем массу за скобки
\( \large N = m \cdot \left( a + g \right) \) – для рис. 2а;
\( \large N = m \cdot \left( -a + g \right) \) – для рис. 2б;
Учтем, что \( \left|\vec \right|= \left|\vec \right|\), окончательно запишем
Вес тела в движущемся с ускорением вверх лифте, будет равен \( m \cdot \left( g + a \right) \), то есть, превышает величину \( m \cdot g \).
Напомним, что вес в покоящемся, или движущемся вверх или вниз с неизменной скоростью лифте, в точности равен \( m \cdot g \).
Значит, одна и та же масса может обладать разным весом, мало того, в некоторых случаях вес вообще может отсутствовать. Масса есть всегда, а вес может отсутствовать!
Что такое перегрузка
Когда вес тела больше силы тяжести, говорят, что возникает перегрузка.
Когда говорят о перегрузке, принято сравнивать ускорение движения вверх с ускорением свободного падения \(\large \vec\).
Например, при движении ракеты с ускорением вверх, космонавт может испытывать перегрузки до 7g. Это значит, что его вес увеличивается в 7 раз.
Подведем итоги
Если ускорение лифта при его движении вниз \( a = g \), наступит невесомость, вес тела исчезнет \( P = 0 \).
ЧЕМ ОТЛИЧАЕТСЯ ВЕС ОТ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ?
Поскольку вес покоящегося тела равен, то есть равен действующей на это тело силе тяжести, часто считают, что вес и сила тяжести — это одна и та же сила. Чтобы убедиться, что это не так, рассмотрим, чем отличаются эти силы.
Во-первых, вес и сила тяжести приложены к разным телам: вес приложен к опоре или подвесу, а сила тяжести — к самому телу.
Во-вторых, вес и сила тяжести имеют различную физическую природу: вес обычно является силой упругости [2], а сила тяжести является частным случаем силы всемирного тяготения.
Наконец, вес равен силе тяжести только для покоящегося тела (или тела, движущегося с постоянной скоростью) . Если же тело движется с ускорением, то, как мы видели, вес тела может быть и больше, и меньше силы тяжести.
Более того, вес тела может быть даже равен нулю, когда сила тяжести нулю не равна!
1.Весом называется сила, с которой тело действует на опору или (и) подвес, в следствии притяжения к Земле. Вес приложен к опоре или (и) подвесу.
Вес вектор=масса Х (ускорение свободного падения вектор - ускорение движения тела вектор) .
2. Силой тяжести, называется сила, с которой тело притягивается к Земле в данном месте. Сила тяжести приложена к центру тяжести.
Сила тяжести вектор=масса Х ускорение свободного падения вектор.
Ускорение свободного падения зависит: от широты местности, залежей полезных ископаемых, расстояния до центра Земли.
Центром тяжести называется точка, относительно которой алгебраическая сумма моментов сил тяжести всех элементов тела равна нулю.
3. Отличия. Вес изменяется при ускоренном движении тела и может равняться нулю (невесомость) , когда ускорение движения тела направленно в одну сторону (сонаправленно) и равно ускорению свободного падения. В состоянии невесомости тело движется под действием одной силы всемирного тяготения, или силы тяжести (сила тяжести является проявлением силы всемирного тяготения)
Сила тяжести равна нулю в центре Земли и на бесконечном удалении от Земли.
Отличаются точкой приложения силы.
(Общее: При погружении в воду сила тяжести и вес не изменяются. В этом случае вес равен сумме силы натяжения нити и силы Архимеда, нить-подвес, вода-опора. Если ускорение движения тела равно нулю, то сила тяжести равна весу. Сила тяжести и вес являются проявлением гравитационного взаимодействия. )
До революции понятия вес тела и сила тяжести - синонимы. В 1940 году у Хайкина проскакивает, что вес - это сила давления на опору, потом, видимо, этому Хайкину обьяснили, и в учебнике физики для университетов Фриша и Тиморевой том 1 стр 54 вес - это сила тяжести, в учебниках физики Перышкина, долгие годы бывшими единственными школьными учебниками физики для средней школы вес это сила тяжести тела, и вот наверное начиная с 1970 года новаторы, которые сами ничего открыть -изобрести не в силах, а звания академиков нужны, да и денежки за учебники не помешают, начали новаторствовать, это кикоины. колмогоров-мудачок и прочая, в основном еврейская публика, которая не чувствовала русский язык, ввела в школе, чтобы зас. ать мозги людям, вес- это сила давления. тогда получается сила натяжения нити, на которой висит тело это вес тела АБСУРД. В оксфордском словаре вес-это сила тяжести, и похоже- в англии учать по старинке, мол вес-это сила тяжести. Никак не могу выяснить, кто же инициатор этого эпохального нововведения.
В некоторых случаях сила тяжести и вес объекта равны по своему значению. Из-за этого может возникнуть ложное впечатление, что между данными величинами нет разницы. Попытаемся развеять подобные предположения и рассмотрим, чем отличается сила тяжести от веса тела.
Определение
Силой тяжести называют величину, отражающую притягивающее действие Земли на объект, расположенный близко к ее поверхности.
Сила тяжести
Вес тела рассматривают как силу, исходящую от предмета в отношении его опоры или верхнего крепления (например, нити или пружины).
Вес тела к содержанию ↑
Сравнение
Разобраться, в чем состоит отличие силы тяжести от веса тела, легче на конкретном примере. Так, лежащая на полке книга подвергается воздействию силы тяжести. Последняя приложена непосредственно к телу. Подобное явление гравитационной природы характеризуется взаимодействием предмета и Земли.
В то же время полка испытывает вес книги. Речь здесь идет о силе, которая направлена на опору. Взаимодействуют в нашем примере книга и полка, хотя причиной существования веса также является притяжение Земли. Если опору убрать, предмет будет свободно падать. При этом вес исчезнет и останется лишь сила тяжести, которая постоянно действует на тела, но может компенсироваться другими силами, например архимедовой.
Важно, что обе величины являются векторными. Но сила тяжести при любом размещении тела направлена вниз. Однако в случае с весом ключевое значение имеет положение в пространстве опоры. Такая сила всегда направлена перпендикулярно ей. Исследуемые величины совпадают по вектору только при условии, что опора, испытывающая вес, находится в горизонтальной плоскости.
Рассматривая, в чем разница между силой тяжести и весом тела, стоит подчеркнуть, что вторая из данных величин зависит от того, движется ли предмет и наблюдается ли при этом ускорение. Только если тело находится в покое или перемещается равномерно, вес не отличается по значению от силы тяжести. При других условиях равенство между величинами отсутствует. Например, вес в набирающем скорость лифте отличается от того, что был до отправки устройства и совпадал с силой тяжести.
Данная статья поможет вам понять, чем отличается вес тела от силы тяжести. Понимание этого факта чрезвычайно важно, если вы хотите успешно решать задачи школьного и любого другого курса физики, да и просто если вам интересно изучать мир вокруг нас.
Вес тела
Необходимо разобраться, чем отличается вес тела от силы тяжести. Со школьной скамьи каждому известно: вес, он же масса, помноженная на ускорение, с которым Земля притягивает любые объекты, является одной из базовых величин в физике. Он представляет собой силовую характеристику, с которой тело действует на опору. В качестве последней может служить все, что угодно. К примеру, прямо сейчас вы, скорее всего, действуете на опору в виде стула, кровати или дивана. По пути на работу или в школу ею может служить поверхность Земли, пол в помещении или общественном транспорте. В свою очередь, опора также реагирует на ваш вес, но об этом в данной статье речи не пойдет, поскольку данная ситуация относится к сфере действия третьего закона Ньютона.
Вам будет интересно: Химический элемент иттрий: свойства, описание, использование
Как уже было сказано выше, для того чтобы найти вес тела, необходимо произвести простейшее вычисление, которое представляет собой умножение двух величин. Для начала необходимо определить массу тела. Для этого можно использовать специальные весы или вычислить массу через плотность или объем.
Для примера: масса человека в среднем составляет не более 75-80 кг, слона - более 5000 килограмм, или 5 тонн. Массы самолета, ракеты или здания измеряются многими миллионами килограммов. Как только мы нашли массу объекта, необходимо воспользоваться справочником по физике для того, чтобы найти вторую часть в уравнении веса тела - компонент ускорения свободного падения.
Как правило, под ним понимают то ускорение, с которым любой объект - человек, автомобиль, стоящий самолет или припаркованный автомобиль падали бы к центру Земли, если бы под ним в одночасье исчезли бы всякие опоры. Ускорение свободного падения в целых числах округляется до 10 метров в секунду в квадрате. Теперь, зная массу тела (она может меняться, все зависит от самого тела), а также зная вторую компоненту - ускорение свободного падения, мы можем найти вес любого объекта. Для этого необходимо просто перемножить две эти простые величины. Полученный итог и будет равен весу тела.
Как и всякая другая сила, вес тела характеризуется специальной величиной измерения, названной в честь величайшего ученого Исаака Ньютона.
Важно помнить, что название характеризующей вес тела физической величины всегда следует писать с маленькой буквы - 1 ньютон, 300 ньютонов. Вес тела при определенных обстоятельствах может быть равен нулю. Например, вес тела космонавтов в условиях открытого космического пространства и невесомости внутри орбитальных космических станций - нулевой, потому что силы, действующие на станцию при ее бесконечном падении за горизонт, уравновешивают любые силы, с которой она притягивается к поверхности Земли.
Важно помнить, что масса тела, в отличие от веса, всегда положительна. К примеру, человек массой 60 кг имеет вес примерно в 600 ньютонов. Еще одна очень важная деталь: вес тела всегда приложен к точке касания тела с поверхностью. На рисунке это точка, из которой выходит вектор P, обозначающий вес тела.
Сила тяжести
Сила тяжести является фундаментальной физической величиной. Если остановиться на сравнении силы тяжести и веса тела, можно заметить, что эти величины во многом похожи. Первая также измеряется в ньютонах, она тоже направлена в сторону центра Земли (перпендикулярно поверхности опоры). Для того чтобы найти силу тяжести, также необходимо воспользоваться алгоритмом из предыдущей задачи по определению веса тела. Отличий силы тяжести от веса несколько, но самые важные из них следующие: сила тяжести никогда не может быть равной 0, она действует на тело всегда и при любых обстоятельствах.
Всегда следует помнить о том, что сила тяжести имеет другой характер приложения. Иными словами, вектор силы тяжести исходит из центра масс любого тела. На рисунке видно, что точка, к которой приложена сила тяжести (F тяж), находится ровно посередине тела. Если представить себе вес тела, то он был бы приложен к точке касания его и опорной поверхности. В этом и заключается отличие веса тела от силы тяжести.
Главное - помнить, что эти две физические величины полноценными аналогами назвать нельзя. Все отличие - в точке приложения и постоянстве данных сил.
Читайте также: