Определение вес физика: По какой формуле можно определить вес тела?

alexxlab | 12.01.2023 | 0 | Разное

Содержание

Вес тела – кратко формула, определение, примеры нахождения, единица измерения (7 класс, физика)

4.2

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 63.

Обновлено 16 Июля, 2021

4.2

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 63.

Обновлено 16 Июля, 2021

Понятие «вес тела» очень часто используется в повседневной жизни. Многие продукты и материалы покупаются, исходя из измеренного веса. Как правило, в быту понятие веса отождествляется с понятием массы тела. Однако в физике это не одно и то же. Более того, эти величины не равны. Рассмотрим эту тему подробнее, приведём определение и формулу веса тела.

Вес тела

Чтобы понять физическую природу веса тела, достаточно вспомнить, как происходит взвешивание на пружинных весах. На чашку весов укладывается тело, под действием силы тяжести оно сжимает пружину, и по степени этого сжатия можно судить о том, сколько весит тело.

То есть сила, с которой тело воздействует на опору, называется весом.

Найдём величину этой силы. На тело, имеющее опору, действует сила тяжести $m \overrightarrow {\mathrm{g}}$ и сила реакции опоры $ \overrightarrow {N}$.

По третьему закону Ньютона, тело также действует на опору с равной силой $ \overrightarrow {P}= – \overrightarrow {N}$ (противоположной по направлению). Эта сила и есть вес тела.

Если опора (и тело вместе с ней) движется вверх с ускорением $ \overrightarrow {a}$, то по второму закону Ньютона имеем:

$$\overrightarrow {N}+ m \overrightarrow {\mathrm{g}} = m \overrightarrow {a}$$

Учитывая равенство веса и его противоположную направленность относительно реакции опоры, после проецирования на ось координат, направленную вниз, можно записать:

$$P = m (\mathrm{g} – a)$$

Это и есть формула веса тела массой $m$, существующего в условиях гравитации (ускорение свободного падения $\mathrm{g}$), имеющего опору, которая двигается вверх с ускорением $a$.

Рис. 1. Вес тела

Свойства веса тела

Из вышесказанного можно сделать важные выводы.

Во-первых, как физическая величина, вес является силой. Поэтому единица измерения веса в физике — ньютон.
Во-вторых, вес — фактически, это проявление сил упругости. Вес появляется в результате взаимодействия тела с опорой.
В-третьих, вес зависит от ускорения, с которым движется опора. Если опора неподвижна (или движется равномерно и прямолинейно), то вес равен силе тяжести.

Последнее свойство показывает, что вес — это величина непостоянная, и может быть как меньше, так и больше силы тяжести, в зависимости от движения опоры.

Невесомость и перегрузки

Таким образом, вес без опоры не существует. Говорят, что тело, у которого нет опоры, находится в состоянии невесомости.

Рис. 2. Невесомость.

Обратите внимание, состояние невесомости не зависит от того, действует ли на тело гравитационная сила или нет. Предмет во время свободного падения, кабина лифта в момент начала спуска, когда натяжение троса исчезло, человек во время прыжка — всё это примеры состояния невесомости, которое появляется, несмотря на действие силы тяжести.

Из формулы веса тела следует, что если опора движется с ускорением, у тела появляется вес, который может быть даже больше, чем сила тяжести. В этом случае говорят о возникновении перегрузок.

Поскольку в формулу веса входит масса и сумма ускорения, перегрузку можно измерять в единицах $\mathrm{g}$. Для нахождения перегрузки используется формула:

$$k= {m(\mathrm{g} + a) \over m\mathrm{g}}=1+{a\over \mathrm{g}}$$

Фактически перегрузка показывает, во сколько раз вес тела больше силы тяжести, действующей на тело на Земле. Перегрузка $k=1$ означает обычный вес тела, перегрузка $k=2$ означает, что вес тела вдвое больше, чем сила тяжести и так далее.

Рис. 3. Перегрузки.

Что мы узнали?

Вес тела — это сила, с которой тело действует на опору. Фактически это проявление силы упругости. Тело, у которого нет опоры, находится в состоянии невесомости. Если опора тела двигается с ускорением, тело испытывает перегрузки.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда – пройдите тест.

Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

4.2

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 63.

А какая ваша оценка?

Вес тела | 7 класс | Физика

Содержание

На предыдущих уроках мы узнали определение понятия силы, познакомились с силой тяжести и силой упругости.

Возможно, вы заметили, что рассматривая примеры и сравнивая тела с разными массами, мы избегали выражения “одно тело весит больше другого”. В повседневном жизни же мы часто используем подобные фразы, как и само слово “вес”.

На данном уроке мы узнаем о понятии веса со стороны физики.

Что такое вес?

Вспомним опыт, когда мы ставим тело (гирю) на опору (рисунок 1).

Мы уже говорили, что на гирю действует сила тяжести. Из-за этого начинает прогибаться доска — происходит ее деформация.

Возникает сила упругости, направленная вертикально вверх. Доска перестает прогибаться, когда сила тяжести и сила упругости уравновешивают друг друга.

Обратите внимание, что гиря и доска взаимодействуют друг с другом, но:

Cила тяжести — это результат взаимодействия гири с Землей, а не с доской
по всем изученным нами принципам должна быть еще одна сила, которая возникает со стороны гири

Подобная ситуация происходит в случае, если мы будем рассматривать тело, подвешенное на нити. Возникает некая сила, действующая на подвес.

Эта сила и называется весом тела.
Что называют весом тела?

Вес тела — это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.

{"questions":[{"content":"Сила, с которой тело действует на опору или подвес, называется[[choice-25]]","widgets":{"choice-25":{"type":"choice","options":["весом тела","силой тяжести","силой упругости","всемирным тяготением"],"answer":[0]}}}]}

Характеристики веса

Вес тела — это векторная физическая величина и обозначается буквой $\vec{P}$
Модуль веса тела обозначается буквой $P$
Вес тела численно равен силе тяжести, если тело и опора/подвес неподвижны или движутся прямолинейно и равномерно.

$P=F_{тяж}$

Вес тела приложен к опоре или подвесу и направлен перпендикулярно опоре или вдоль подвеса (рисунки 2, 3).

Сравните с изображением силы тяжести (рисунок 4). Следует помнить, что сила тяжести приложена к самому телу.

{"questions":[{"content":"Укажите, какими буквами обозначается <b>вес тела</b> и <b>модуль веса тела</b>.[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Вес тела - $\\vec{P}$, модуль веса тела - $P$","Вес тела - $P$, модуль веса тела - $\\vec{P}$","Вес тела - $F$, модуль веса тела - $\\vec{F}$"],"answer":[0]}}}]}

Вес как частный случай силы упругости

Когда мы ставим тело на опору — оно деформирует ее. Когда мы подвешиваем тело — оно деформирует подвес. Не всегда эта деформация видна как в наших предыдущих опытах.

Когда вы кладёте учебник на парту, что происходит? Учебник (тело) деформирует парту (опору). Но такая деформация не видна невооруженным глазом. Тем не менее, она существует. Если бы деформация не происходила, то не возникала бы сила упругости. Тогда ничего бы не препятствовало движению вашего учебника к самому центру Земли.

Так, парта в свою очередь деформирует учебник, что тоже незаметно.

Давайте рассмотрим опыт, где деформация тела будет заметна. Взгляните на рисунок 5.

У нас есть штатив и резиновый шнур длиной $l_0$ (рисунок 5, а). На шнур мы подвешиваем небольшой мешок с песком (рисунок 5, б).

Шнур растягивается и останавливается, когда сила тяжести становится равна возникшей в шнуре силе упругости. Длина шнура изменилась и стала равна $l$.

У нас провзаимодействовали два тела: шнур и мешок. Оба тела деформировались.

Теперь мы отрежем прикрепленный шнур (рисунок 5, в). Во время падения на мешок с песком действует только сила тяжести, он восстанавливает свою форму. Шнурок также восстанавливает свою форму.

Когда же мешок падает на рабочую поверхность (рисунок 5, г), то он снова деформируется. Теперь взаимодействует опора и тело.

В данном случае не видно, как деформируется опора, но, если бы мы подставили доску на брусьях, она бы прогнулась. Так мы наглядно показали, что при взаимодействии происходит деформация обоих тел.

Под действием опоры или подвеса происходит деформация тела. Опора сжимает нижнюю часть тела, а подвес растягивает его верхнюю часть.

Именно эта деформация тела вызывает появление в теле силы упругости. В данном случае сила упругости и будет весом тела.

Чем отличается вес тела от силы тяжести?

Вы уже знаете, что вес тела будет равен силе тяжести, если тело и опора/подвес неподвижны или движутся прямолинейно и равномерно. Также сила тяжести приложена к центру тела, а вес — к опоре или подвесу.

Но важнее помнить, из-за чего возникают эти две силы. Сила тяжести возникает из-за взаимодействия физического тела и Земли. А вес возникает в результате взаимодействия тела и опоры (подвеса). А это взаимодействие возникает тоже из-за взаимодействия тела и Земли. При этом тела деформируются, что приводит к возникновению силы упругости.

Вес

Вес и масса , а не синоним.

Вес – это сила.

Вес предмета зависит от его местонахождения – вещи могут весить в разных местах по разному.

Первое, что нужно понять о весе, это то, что вес не то же, что и масса, хотя термины используются как синонимы в повседневной жизни. Масса измеряет инерцию – это свойство объекта. Вес – это сила – что-то что происходит с объектом.

Все физики и инженеры согласны с тем, что вес является силой, но существуют значительные разногласия и путаница в отношении того, какая сила вес есть – в разных учебниках написано разное, а некоторые учебники говорят разные вещи в разных местах. В основном мнение делится на два лагеря. Для некоторых людей «вес — это сила гравитация», а для других «вес — это то, что показывают весы». думаю, что эти два утверждения эквивалентны, но это не так. Там являются преимуществами и (к сожалению) недостатками с любой точки зрения Посмотреть.

Вес: сила тяжести на тело. ¹

Преимущества:

Вес всегда легко рассчитать. Вес предмета w = мг , где m — масса объекта, а g — ускорение свободного падения.

Недостатки:

Это не интуитивное определение веса для непрофессионалов. Ты не чувствует силы тяжести. Вы чувствуете, как пол подталкивает вы, а не нисходящее притяжение Земли. Вы не чувствуете тяги к Земля, даже когда вы прыгаете в воздух.

Существует стандартное определение веса, данное Международная организация по стандартизации (ISO), в которой говорится:

Вес тела в указанной ссылке система есть та сила, которая при приложении к телу давала бы это ускорение, равное местному ускорению свободного падения в эта система отсчета.

– ISO 31-3 «Количества и единицы. Часть 3, Механика», 1992 ²

Можно ли это упростить без потери точности? Да! оказывается что это определение веса эквивалентно высказыванию:

Вес – это то, что показывают весы. ³

, что эквивалентно фразе:

Вес объекта равен силе, необходимой для поддержите это. ⁴

Преимущества:

Сначала кажется, что это гораздо более естественный, практичный и более удобный способ посмотреть на вес, чем напрямую связывать вес с сила тяжести. («Что показывают весы» и «сила гравитация” не всегда эквивалентны – см. Проблема с лифтом подробнее…) Это определение – вес что показывают весы – также вполне естественно согласуется с идеей «невесомость».

Недостатки:

Чтобы эффективно использовать это определение в приложениях требует довольно сложного понимания законов Ньютона – в частности, третий закон Ньютона, который в большинстве начинающих физиков студенты обычно не имеют. (Без обид…)

В этом курсе мы будем следовать указаниям текста и скажем, что вес объекта равен его массе, умноженной на g.

¹ Хьюитт, Концептуальная физика , стр. 32

² Вес – официальное определение , Марио Иона, Учитель физики, Том 37, с. 238 (апрель 1999 г.)

³ адаптировано из Вес – Точный, актуальный, Определение непрофессионала , Рой Бишоп, Учитель физики, Vol. 37, с. 238-239 (19 апреля99)

⁴ Там же.

Другие ссылки:

Вес и гравитация – необходимость согласованных определений

Вес – иллюстрированный вид , Анджей Соколовский, Физика Учитель, Том 37, с. 340 (апрель 1999 г.)

Вес – вообще не используйте слово , Рональд Браун, The Учитель физики, Том. 37, с. 341 (19 апреля99)

последнее обновление 7 апреля 1999 г.

по J L Стэнбро

6.12: Масса и вес – Физика LibreTexts

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

18159

OpenStax
OpenStax

Цели обучения

Объяснить разницу между массой и весом
Объясните, почему падающие объекты на Земле никогда не находятся в состоянии свободного падения
Опишите понятие невесомости

Масса и вес часто используются как синонимы в повседневном разговоре. Например, наши медицинские записи часто показывают наш вес в килограммах, но никогда в правильных единицах измерения — ньютонах. Однако в физике есть важное различие. Вес — это притяжение Земли к объекту. Это зависит от удаленности от центра Земли. В отличие от веса, масса не зависит от местоположения. Масса объекта одинакова на Земле, на орбите или на поверхности Луны. 9{2} \ldotp \nonumber\]

Хотя почти во всем мире в качестве единицы силы используется ньютон, в Соединенных Штатах наиболее распространенной единицей силы является фунт (фунт), где 1 Н = 0,225 фунта. Таким образом, человек весом 225 фунтов весит 1000 Н.

Вес и гравитационная сила

Когда объект падает, он ускоряется по направлению к центру Земли. Второй закон Ньютона гласит, что результирующая сила, действующая на объект, отвечает за его ускорение. Если сопротивлением воздуха можно пренебречь, результирующая сила, действующая на падающий объект, представляет собой гравитационную силу, обычно называемую ее вес $\vec{w}$, или его сила из-за силы тяжести, действующей на объект массой m. Вес можно обозначить как вектор, потому что он имеет направление; вниз — это, по определению, направление силы тяжести, и, следовательно, вес — это направленная вниз сила. Величина веса обозначается как w. Галилей доказал, что при отсутствии сопротивления воздуха все тела падают с одинаковым ускорением g. Используя результат Галилея и второй закон Ньютона, мы можем вывести уравнение для веса.

Рассмотрим объект массой m, падающий на Землю. Он испытывает только направленную вниз силу тяжести, которая представляет собой вес $\vec{w}$. Второй закон Ньютона гласит, что величина чистой внешней силы, действующей на объект, равна $\vec{F}_{net} = m \vec{a}$. Мы знаем, что ускорение объекта под действием силы тяжести равно $\vec{g}$ или $\vec{a} = \vec{g}$. Подставив их во второй закон Ньютона, мы получим следующие уравнения.

Определение: Вес

Сила гравитации, действующая на массу, представляет собой ее вес. Мы можем записать это в векторной форме, где $\vec{w}$ — вес, а m — масса, как 9{2}) = 9,80\; N \ldotp\]

Когда чистой внешней силой, действующей на объект, является его вес, мы говорим, что это свободное падение , то есть единственная сила, действующая на объект, — это сила тяжести. Однако когда объекты на Земле падают вниз, они никогда не находятся в состоянии свободного падения, потому что на объект всегда действует сила восходящего сопротивления воздуха.

Ускорение свободного падения g немного меняется на поверхности Земли, поэтому вес объекта зависит от его местоположения и не является неотъемлемым свойством объекта. Вес резко меняется, если мы покидаем поверхность Земли. На Луне, например, ускорение свободного падения составляет всего 1,67 м/с9.0038 2 . Таким образом, масса в 1,0 кг имеет вес 9,8 Н на Земле и всего около 1,7 Н на Луне.

Самое широкое определение веса в этом смысле состоит в том, что вес объекта — это гравитационная сила, действующая на него со стороны ближайшего крупного тела, такого как Земля, Луна или Солнце. Это наиболее распространенное и полезное определение веса в физике. Однако оно резко отличается от определения веса, используемого НАСА и популярными средствами массовой информации в связи с космическими путешествиями и исследованиями. Когда они говорят о «невесомости» и «микрогравитации», они имеют в виду явление, которое в физике называется «свободным падением». Мы используем предыдущее определение веса, силы $\vec{w}$ из-за силы тяжести, действующей на объект массы m, и мы проводим тщательное различие между свободным падением и фактической невесомостью.

Имейте в виду, что вес и масса — разные физические величины, хотя и тесно связанные между собой. Масса — это внутреннее свойство объекта: это количество материи. Количество или количество материи объекта определяется количеством содержащихся в нем атомов и молекул различных типов. Поскольку эти числа не меняются, в ньютоновской физике масса не меняется; следовательно, его реакция на приложенную силу не меняется. Напротив, вес — это гравитационная сила, действующая на объект, поэтому он зависит от гравитации. Например, человек ближе к центру Земли, на небольшой высоте, такой как Новый Орлеан, весит немного больше, чем человек, который находится на большей высоте в Денвере, даже если они могут иметь одинаковую массу.

Заманчиво приравнять массу к весу, потому что большинство наших примеров происходят на Земле, где вес объекта лишь немного зависит от местоположения объекта. Кроме того, трудно сосчитать и идентифицировать все атомы и молекулы в объекте, поэтому масса редко определяется таким образом. Если мы рассмотрим ситуации, в которых $\vec{g}$ является константой на Земле, мы увидим, что вес $\vec{w}$ прямо пропорционален массе m, так как $\vec{w} = m \vec{g}$, то есть чем массивнее объект, тем больше он весит. Оперативно массы объектов определяются путем сравнения со стандартным килограммом, как мы обсуждали в разделе «Единицы и измерения». Но, сравнивая объект на Земле с объектом на Луне, мы легко можем увидеть разницу в весе, но не в массе. Например, на Земле объект массой 5,0 кг весит 49Н; на Луне, где g равно 1,67 м/с ² , объект весит 8,4 Н. Однако масса объекта на Луне по-прежнему составляет 5,0 кг.

Пример $\PageIndex{1}$: Очистка поля

Фермер поднимает с поля несколько камней средней тяжести для посадки сельскохозяйственных культур. Он поднимает камень весом 40,0 фунтов (около 180 Н). Какую силу он прикладывает, если камень ускоряется со скоростью 1,5 м/с ² ?

Стратегия

Нам дан вес камня, который мы используем для нахождения чистой силы, действующей на камень. Однако нам также нужно знать его массу, чтобы применить второй закон Ньютона, поэтому мы должны применить уравнение для веса, w = mg, чтобы определить массу. 9{2}) \номер\]

\[F – 180\; N = 27\; N \номер\]

\[F = 207\; N = 210\; Н\; \text{ до двух значащих цифр} \nonnumber\]

Значение

Чтобы применить второй закон Ньютона в качестве основного уравнения при решении задачи, нам иногда приходится полагаться на другие уравнения, такие как уравнение для веса или кинематических уравнений, чтобы завершить решение.

Упражнение $\PageIndex{1}$

Для $\PageIndex{1}$ найдите ускорение, когда сила, приложенная фермером, равна 230,0 Н

Моделирование

Сможете ли вы избежать валунного поля и благополучно приземлиться прямо перед тем, как закончится топливо, как это сделал Нил Армстронг в 1969 году? Эта версия классической видеоигры точно имитирует реальное движение лунного посадочного модуля с правильной массой, тягой, расходом топлива и лунной гравитацией.

TOP HEADLINES