Чем отличается вес тела от силы тяжести: основные понятия

Что такое сила всемирного тяготения?

Притяжение существует не только между Землей и всеми телами, находящимися на ней, но и всеми телами между собой. Такое притяжение всех тел в нашей Вселенной называется всемирным тяготением.

Ты когда-нибудь видел, как магнит притягивает к себе различные предметы? Так вот, всемирное тяготение можно сравнить с магнитом: тела притягиваются не только к Земле, но и друг к другу.

На какие тела действует сила всемирного тяготения?

Эта сила действует абсолютно на все тела, которые имеют какой-либо, пусть даже самый незначительный вес. Именно благодаря такому притяжению мы не улетаем в открытый космос вместе с другими окружающими нас предметами, а остаемся на Земле.

Если бы сила притяжения отсутствовала, то любое подброшенное тело никогда бы не вернулось на Землю.

Согласно легенде, английский ученый Исаак Ньютон открыл закон всемирного тяготения после того, как на его глазах с дерева оторвалось яблоко и упало на землю. Ньютон задумался над тем, почему оно упало вертикально вниз, перпендикулярно земле, а не в сторону. Позже гениальный ученый сумел доказать, что все тела притягиваются друг к другу.

Ускорение и сила всемирного тяготения

Ускорение — это изменение скорости в течение единицы времени. Представь, что с большой высоты на Землю падает какое-либо тело. Пока расстояние до Земли очень большое, ее сила притяжения не так велика. Но по мере приближения тела к поверхности Земли сила притяжения Земли возрастает, и ускорение движения тела становится равным 9,8 м/с2. Например, если ты бросишь яблоко с большой высоты, скажем, с пятого этажа, оно будет лететь со скоростью 9,8 м/с спустя 1 секунду падения и уже 19,6 м/с после второй секунды. То есть с каждой секундой падения его скорость будет увеличиваться почти на 10 м/с!

Ускорение и масса тела

Ускорение не зависит от массы падающего тела

Например, два тела, падающие с одинаковой высоты, достигнут земли одновременно, при этом не важно, что падает — яблоко или машина. Конечно, если ты бросишь листик бумаги и камешек, то камешек окажется на земле раньше, но только лишь потому, что листику мешает падать сопротивление воздуха

Но если предположить, что листик бумаги и камешек будут падать вниз внутри высокого стеклянного цилиндра, из которого откачан воздух, то оба предмета достигнут дна одновременно.

Сила упругости

Сила упругости — это сила, которая возникает в теле в результате его деформации и стремится вернуть тело в исходное положение.

Скорее всего, ты не задумывался над тем, где и в каких предметах проявляется сила упругости. На самом деле таких вещей довольно много. Это и самые простые пружинные весы (безмен), используемые для взвешивания продуктов, и резиночки для волос, различные эластичные резинки и пояса, специальные ленты для фитнеса и многое другое

Самый простой и доступный пример проявления силы упругости — это деформация обычной пружины!

Возьми пружину, сожми ее, а затем убери пальцы. После того как ты отпустил ее, пружина стремится принять первоначальную форму. Так при деформации пружины возникла сила упругости, и ты можешь наблюдать ее проявление.

Давай рассмотрим интересный пример проявления силы упругости во время прыжка на тарзанке.

Какая сила растягивает канат во время прыжка?

Как только человек совершает прыжок, он начинает падать под действием силы тяжести. Под весом прыгуна канат растягивается, а затем стремится возвратиться в свое первоначальное положение, т.е. прыгун двигается вверх и вниз.

Как масса и сила тяжести влияют на объекты в космосе

Масса и сила тяжести играют важную роль во взаимодействии объектов в космосе. В отсутствие гравитации, объекты могут свободно двигаться и не испытывать силы тяжести. Вместо этого, движение объектов в космосе контролируется силами тяготения и взаимодействиями между ними.

Масса объекта определяет его инерцию и сопротивление изменению движения. Чем больше масса объекта, тем сильнее он сопротивляется изменению своего состояния движения. Например, космический корабль с большой массой потребует больше силы, чтобы изменить его траекторию или остановить его движение.

Сила тяжести в космосе определяется массой объекта и его расстоянием от другого массивного объекта, такого как планета или звезда. Сила тяжести притягивает объекты друг к другу и является причиной их движения по орбите. Чем больше массивный объект, тем сильнее его сила тяжести и тем сильнее притяжение к нему.

На объекты в космосе также влияют и другие факторы, такие как солнечное излучение, газовые выбросы и влияние других тел в космическом пространстве. Они могут оказывать дополнительные силы на объекты и влиять на их траектории и движение.

Исследование воздействия массы и силы тяжести на объекты в космосе позволяет улучшить наши знания о взаимодействии тел в невесомости и разрабатывать более эффективные методы управления и манипулирования объектами в космическом пространстве.

Понятие веса тела

Понятие «вес» как таковое в физике не считается необходимым. Так, больше говорится о массе или о силе тела. Более содержательной величиной считается сила воздействия на опору, знание которой может помочь, например, при оценке способности конструкции удержать исследуемое тело в заданных условиях.

Вес возможно измерить с помощью пружинных весов, служащих также для косвенного измерения массы при их соответствующем градуировании. В то же время, рычажные весы в этом не нуждаются, поскольку в такой ситуации сравнению подлежат массы, на которые воздействует равное ускорение свободного падения либо сумма ускорений в неинерциальных системах отсчета.

Статья: Сила веса, формулы

Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов

При взвешивании за счет технических пружинных весов, вариации ускорения свободного падения обычно не учитываются, поскольку из влияние зачастую оказывается меньше того, что требуется на практике в отношении точности взвешивания. В некоторой степени, на результатах измерений может отражаться сила Архимеда, при условии взвешивания на рычажных весах тел различной плотности и их сравнительных показателей.

Вес и масса в физике представляют различные понятия. Так, вес считается векторной величиной, с которой тело будет непосредственно воздействовать на горизонтальную опору либо вертикальный подвес. Масса в то же время представляет скалярную величину, меру инертности тела (инертную массу) или заряд гравитационного поля (гравитационную массу). У таких величин будут отличаться и единицы измерения (в СИ масса обозначена в килограммах, а вес— в ньютонах).

Возможны также ситуации с нулевым весом и также ненулевой массой (когда речь идет об одном и том же теле, к примеру, при невесомости вес каждого тела будет равным нулевому значению, а вот масса у всех окажется разной).

Вес тела, характеристики, сопоставление с силой тяжести

Сила, с которой тело действует на опору или вертикальный подвес называется весом тела (W). Это векторная, направленная величина. Атомы (или молекулы) тела отталкиваются от частиц основания в результате чего происходит частичная деформация, как опоры, так и объекта, возникают силы упругости и изменяется в некоторых случаях незначительно форма тела и опоры на макроуровне. Возникает сила реакции опоры, параллельно на поверхности тела также возникает сила упругости в ответ на реакцию опоры– это и есть вес. Вес тела (W) векторно противоположно направлен силе реакции опоры.

Частные случаи, для всех их соблюдается равенство W= m(g-a):

Подставка неподвижна в случае объекта на столе, либо равномерно движется с неизменной скоростью (a=0) В этом случае W=Fтяж.

Если опора ускоряется вниз, тогда и тело ускоряется вниз, тогда W меньше Fтяж и вес вовсе равен нулю, если ускорение равно ускорению свободного падения (при g=a, W=0) При этом присутствует проявление невесомости, опора движется с ускорением g и следовательно будут отсутствовать различные напряжения и деформации от приложенной извне контактно-механической силы. К невесомости, также можно прийти путем размещения тела в нейтральной точке между двумя одинаковыми гравитирующими массами или удалением объекта от источника гравитации.

Однородное гравитационное поле по своей сути не может вызывать «напряжений» в теле, так же как и тело двигаясь под действием Fтяж не будет чувствовать гравитационный разгон и остается невесомым, «стресс-свободным» телом. Вблизи же неоднородного поля (массивных астрономических объектов) свободно падающее тело будет ощущать на себе различные приливные силы и явление невесомости будет отсутствовать так как различные части тела будут неравномерно ускоряться и изменять свою форму.

Подставка с телом движутся вверх. Равнозначная всех сил будет направлена вверх следовательно Fреакции опоры будет больше Fтяж и W больше Fтяж и это состояние называется перегрузкой. Кратность перегрузки (К) – во сколько раз величина веса больше Fтяж. Эту величину учитывают, к примеру, при полетах в космос и военной авиации, так как в основном в этих сферах можно достичь значительных скоростей.

Перегрузка увеличивает нагрузку на органы человека, в основном больше всего нагружаются опорно двигательный аппарат и сердце, вследствие увеличения веса крови и внутренних органов. Перегрузка так же является направленной величиной и ее концентрацию в определенном направлении для организма нужно учитывать (кровь приливает к ногам или к голове и т.п.) Допустимые перегрузки до значения К не более десяти.

Глава 2. Взаимодействие тел§ 27. Вес тела

В повседневной жизни очень часто используется понятие «вес». Попытаемся выяснить, что же это за величина. В опытах, когда тело ставили на опору, сжималась не только опора, но и тело, притягиваемое Землёй.

Деформированное, сжатое тело давит на опору с силой, которую называют весом тела.

Если тело подвешено на нити (подвесе), то растянута не только нить (подвес), но и само тело.

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

Как и другие силы, вес — векторная физическая величина. Вес тела обозначается буквой Р.

Вес тела, так же как сила тяжести, всегда направлен вниз. Однако следует помнить, что сила тяжести приложена к телу (рис. 67, а), а вес — к опоре или подвесу (рис. 67, б).

Рис. 67. Точки приложения: а — силы тяжести; б — веса тела

Если тело и опора неподвижны или движутся равномерно и прямолинейно, то вес тела по своему числовому значению равен силе тяжести, т. е.

P = F_тяж.

Следует помнить, что сила тяжести возникает вследствие взаимодействия тела и Земли.

Вес тела возникает в результате взаимодействия тела и опоры (подвеса) вследствие взаимодействия тела и Земли. Опора (подвес) и тело при этом деформируются, что приводит к появлению силы упругости.

1. Что называют весом тела?

2. Чем отличается вес тела от силы тяжести?

Это любопытно…

Невесомость

Мы живём в век начала освоения космоса, в век полётов космических кораблей вокруг Земли, на Луну и на другие планеты Солнечной системы. Нам часто приходится слышать и читать о том, что лётчики-космонавты и все предметы на космическом корабле во время его свободного полёта находятся в особом состоянии, называемом состоянием невесомости. Что же это за состояние и можно ли его наблюдать на Земле?

Невесомость — сложное физическое явление. Однако некоторые представления о состоянии невесомости можно получить и в начале изучения физики.

Напомним, что под весом тела мы понимаем силу, с которой тело вследствие притяжения к Земле давит на опору или растягивает подвес.

Представим себе такой случай: опора или подвес вместе с телом свободно падают. Ведь опора и подвес тоже тела, и на них также действует сила тяжести. Каков в этом случае будет вес тела, т. е. с какой силой тело будет действовать на опору или подвес?

Обратимся к опыту. Для опыта берут небольшое тело и подвешивают его к пружине (рис. 68, а), другой конец которой прикреплён к неподвижной опоре.

Рис. 68. Действие силы тяжести на тела

Под действием силы тяжести тело начинает двигаться вниз, поэтому пружина растягивается до тех пор, пока возникшая в ней сила упругости не уравновесит силу тяжести. Затем пережигают нить, удерживающую пружину с телом, пружина вместе с телом падает. Наблюдая за
пружиной, замечают, что растяжение её исчезло (рис. 68, б). И пока пружина с телом падает, она остаётся нерастянутой. Следовательно, падающее тело не действует на падающую вместе с телом пружину. В этом случае вес тела равен нулю, но сила тяжести не равна нулю, она по-прежнему действует на тело и заставляет его падать. Точно так же если тело и опора, на которой оно лежит, будут свободно падать, то такое тело перестанет давить на опору. Следовательно, в этом случае вес тела будет равен нулю.

Подобные явления наблюдаются и на спутнике, обращающемся вокруг Земли. Сам спутник и все находящиеся в нём тела, включая космонавта, обращаясь вокруг Земли, как бы непрерывно свободно падают на Землю. Вследствие этого все находящиеся в спутнике тела не давят на опору, а подвешенные к пружине не растягивают её. Про такие тела говорят, что они находятся в состоянии невесомости.

He закреплённые в корабле-спутнике тела свободно парят. Жидкость, налитая в сосуд, не давит на дно и стенки сосуда, поэтому она не вытекает через отверстие в сосуде. Маятники часов покоятся в любом положении, в котором их поставили. Космонавту, чтобы удержать руку или ногу в вытянутом положении, не требуется никакого усилия. У него исчезает представление о том, где верх и где низ. Если сообщить какому-нибудь телу скорость относительно кабины спутника, то оно будет двигаться прямолинейно и равномерно, пока не столкнётся с другими телами.

Состояние невесомости в космосе

Предыдущая страницаСледующая страница

Сила трения

Тебе приходилось видеть, как кто-то нечаянно соскользнул со стула и упал на пол? Ты рассмеялся? А вот представь, что мы постоянно падаем со стульев и кроватей, а предметы не могут удержаться на месте и выскальзывают из рук… На самом деле не так и смешно, правда?

К счастью, благодаря силе трения этого не происходит. Если бы трение отсутствовало, то все предметы не могли бы держаться на поверхностях, а постоянно скатывались вниз, на землю.

Трение — это сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого.

На льду трение между подошвой обуви и льдом очень мало, поэтому мы не можем ходить по льду так, как ходим по земле: наши ноги скользят. Для того чтобы улучшить сцепление обуви с поверхностью, лед посыпают песком

Одной из причин, вызывающих трение, является шероховатость поверхностей соприкасающихся тел. Причем чем больше шероховатостей и неровностей, тем больше сила трения.

Различают несколько видов трения, из них основные: трение скольжения, качения и покоя.

Трение скольжения

В данном случае одно тело скользит по поверхности другого. Например: катание с горы на санках или лыжах, катание на коньках по льду.

Сила трения направлена в сторону, противоположную направлению движения. Более того, она направлена вдоль соприкасающихся поверхностей

Трение качения

Этот вид трения возникает, когда одно тело катится по поверхности другого. Это может быть любое колесо или тело в форме шара.

Трение покоя

В состоянии трения покоя тело может сдвинуться с места, но ему что-то мешает, и мешает ему именно сила трения. Например, в комнате стоит диван, и сдвинуть его с места можно только в случае приложения другой силы, которая будет больше силы трения покоя.

К чему приводит уменьшение силы трения?

Снижением силы трения и плохим контактом шин с асфальтом объясняется повышение количества аварий на мокрой дороге.

На мокром полу мы можем легко упасть.

Это происходит потому, что жидкость создает барьер между полом и подошвой обуви, при котором сцепление подошвы с полом значительно уменьшается, и, соответственно, уменьшается сила трения.

Поделиться ссылкой

Сила веса — формула

Если брать инерционную систему отчета, где этот показатель отождествлен с силой тяжести, которая воздействует на него, то формула для расчета веса тела выглядит так:

Р=mg

где g- это ускорение свободного падения (часто берется 9,8 метров с секунду)

M – масса.

Однако у этой формулы есть один существенный недостаток – зависимость от значения гравитации земли. Соответственно g нельзя назвать константой. В разных точках планеты, как и на разной высоте над поверхностью земли, он будет отличаться. Как будет отличаться и конечный результат расчетов.

Именно этим и отличается сила тяжести и сила веса друг от друга. Значение не зависит от того находится ли тело в невесомости, в горах или на поверхности воды.

По такой же формуле рассчитывает сила тяжести. Основное отличие веса тела от силы тяжести — это то, что первое является воздействием непосредственно на сам предмет изучения. В то время как вес – это воздействие массы объекта.

Что такое невесомость?

Невесомость – это когда масса у тела есть, а вот вес отсутствует. Пример невесомости можно увидеть, если подбросить мяч или любой другой относительно легкий предмет в воздух. В момент, когда он еще не достиг высшей точки, и гравитация не вернула его назад, он находится в состоянии невесомости и соответственно ничего не весит.

Как меняется вес тела при подъеме и спуске

В качестве примера, как может изменяться вес одного того же объекта при разных условиях, возьмем тело в лифте, когда он поднимается вверх, опускается вниз и просто находится на одном месте в подвешенном состоянии.

Если в лифте нажата кнопка стоп, то эта скорость считается постоянной. Согласно первому закону Ньютона, в системе, где взаимодействие всех элементов скомпенсировано, тело, которое не меняет с течением времени своей скорости, пребывает в инерциальной системе отчета.

Как уже было сказано выше, система пребывает в равновесии, а значит, формула механизма компенсации будет выглядеть следующим образом:

N-mg=0

где N – это модуль силы реакции опоры, который равняется весу, то есть N=P.

Преобразуем для того, чтобы получить формулу как найти силу веса

N=mg

Таким образом, в случае нахождения в состоянии покоя показатель равен силе тяжести.

В этом случае сила тяжести не равняется весу, в виду большего количества факторов, оказывающих влияние. Система подчиняется следующей пропорции:

N-mg=ma

где а – это ускорение материальной точки, в данном случае тела.

Если лифт наоборот начинает опускаться, то формула выглядит следующим образом:

N-mg=-ma

В результате, если лифт пришел в движение по направлению к верхним этажам, то вес тела, он же модуль силы реакции опоры, высчитывается следующим образом:

N=ma+mg= m(a+g)

В этом случае к воздействию гравитации прибавляется еще и воздействие самого тела на пол лифта, когда он его поднимает наверх. Показатель в таком случае больше, чем в состоянии покоя.

Если лифт направляется к более нижним этажам, то формула расчета выглядит следующим образом:

N=mg-ma = m(a-g)

В подобной ситуации значение наоборот снижается.

Данный эксперимент можно повторить дома легко и без усилий. Достаточно только иметь в своем распоряжении напольные весы и доступ к лифту.

Необходимо положить весы на максимально ровный участок пола лифта. Встать на них. Запомнить свой вес, затем нажать кнопку, чтоб поехать на верхние этажи, а потом тоже нажать, но чтоб вернуться назад.

Что такое перегруз

Данное явление возникает, если сила тяжести меньше, чем вес тела. Подобное явление знакомо людям, управляющими скоростными истребителями, и космонавтам. В этом случае, а намного больше, чем g.

В таком случае можно преодолеть гравитацию, но тело, как и его опора, будут испытывать серьезные нагрузки.

Вес тела: определение и примеры

Вес тела – это сила, с которой тело действует на опору, на которой оно находится. Он измеряется в ньютонах (Н) или килограммах (кг). Вес тела зависит от массы тела и ускорения свободного падения, которое на Земле равно примерно 9,8 м/с².

Например, если у вас есть груз массой 10 кг, то его вес на Земле будет примерно равен 98 Н (10 кг × 9,8 м/с²).

Вес тела может меняться в зависимости от места нахождения. На Луне, где ускорение свободного падения составляет всего 1,6 м/с², тот же груз массой 10 кг будет весить всего 16 Н (10 кг × 1,6 м/с²).

Важно отличать вес тела от силы тяжести, действующей на тело. Сила тяжести – это сила, с которой Земля притягивает тело к себе

Она также измеряется в ньютонах или килограммах, но не зависит от массы тела. Сила тяжести на Земле всегда равна примерно 9,8 Н или 1 кг.

Например, если у вас есть груз массой 10 кг, то сила тяжести, действующая на него на Земле, будет равна 98 Н (10 кг × 9,8 м/с²).

В таблице ниже приведены примеры веса тела различных объектов на Земле и на Луне:

Объект	Масса (кг)	Вес на Земле (Н)	Вес на Луне (Н)
Человек	70	686	114
Средний автомобиль	1500	14700	2450
Средний слон	5000	49000	8160

Таким образом, вес тела – это сила, с которой тело действует на опору, на которой оно находится. Он зависит от массы тела и ускорения свободного падения. Вес тела может меняться в зависимости от места нахождения

Важно отличать вес тела от силы тяжести, действующей на тело, которая не зависит от массы тела

Сила упругости. Закон Гука

Закон Гука − основной закон теории упругости. Он был открыт английским ученым Робер­том Гуком в 1660 году, когда ему было 25 лет. Закон 

Гука гласит: cила упругости, возникающая при упругой деформации растяжения или сжатия тела, про­порциональна абсолютному значению изменения длины тела.

Если удлинение тела обозначить через x, а силу упругости через упрFупр, то закон Гука можно записать в виде следующей математической формулы:

F_упр=−k⋅x,

где k — коэффициент пропорциональности, называемый жесткостью тела. Знак минус перед пра­вой частью уравнения указывает на противоположные направления силы упругости и удлинения x. Единицей жесткости в СИ является ньютон на метр (1 Н/м).

У каждого тела своя жесткость. Чем больше жесткость тела (пружины, проволоки, стержня и т. д.), тем меньше оно изменяет свою длину под действием данной силы.

Следует помнить, что закон Гука справедлив только для упругой деформации. Закон Гука хо­рошо выполняется только при малых деформациях. При больших деформациях изменение длины перестает быть прямо пропорциональным приложенной силе, а при очень больших деформациях тело разрушается.

Что такое сила тяжести?

Сила тяжести — это сила, с которой Земля притягивает к себе тело. Эта сила всегда направлена вертикально вниз. Запомни: чем больше масса тела, тем больше сила тяжести, действующая на это тело. Именно поэтому нам трудно поднять или сдвинуть с места очень тяжелые предметы. И чем тяжелее предмет, тем больше сила тяжести и тем сложнее нам преодолеть эту силу. Сила тяжести, действующая на тело, несколько отдаленное от поверхности Земли, зависит от массы тела и расстояния.

«Космические» факты

Каждый космонавт переживает так называемую космическую болезнь: при отсутствии силы тяготения он привыкает к тому, что все окружающие предметы, да и он сам, летают, а не падают. Поэтому по возвращении на Землю космонавты в течение некоторого времени обращаются с вещами так, как привыкли это делать в космосе: просто отпускают их, при этом совершенно не задумываясь над тем, что они сразу упадут на землю или на пол.

В условиях невесомости в организме космонавта увеличивается объем циркулирующей крови, что, в свою очередь, может привести к повышению давления. Однако сердце космонавта очень интересно приспосабливается к данной ситуации: во избежание дополнительной нагрузки оно уменьшается в объеме и, соответственно, начинает перекачивать меньшее количество крови. Это своеобразная защитная реакция на увеличение объема крови.

Ученые выяснили, что в случае длительного пребывания в невесомости (состояние, при котором вес тела равен нулю) в организме человека происходят некоторые изменения. Например, рост космонавтов увеличивается почти на 5 см за счет расхождения позвоночных дисков. В течение 10 дней после возвращения на Землю рост становится прежним.

Заключение

В 20-м веке, понятия абсолютного пространства и времени были оспорены. Релятивистский подход поставил не только всех наблюдателей, но и перемещение или ускорение, на те же относительные основы. Это привело к неясности касательно того, что именно подразумевается под действием силы тяжести и веса. Шкалу в ускоряющемся лифте, например, нельзя отличить от масштаба в гравитационном поле.

Гравитационная сила и вес, таким образом, стали по существу зависимы от акта наблюдения и наблюдателя. Это вызвало отказ от концепции, как лишней в фундаментальных дисциплинах, таких как физика и химия. Тем не менее, представление остается важным в преподавании физики. Двусмысленность введенные относительности привели, начиная с 1960-х годов, к дискуссиям о том, как определить вес, выбирая между номинальным определением: сила, обусловленная действием силы тяжести или оперативного определения, определяемого напрямую актом взвешивания.