وزن الجسم في الفيزياء التعريف والصيغة وكيف يقاس وكيف يختلف عن الكتلة وما تعتمد عليه قوة الوزن وما الذي يسببها

الوزن والكتلة ارتباك أبدي

المفهوم والتعاريف

الكتلة (يُشار إليها بالحرف m) هي إحدى الكميات الفيزيائية ، مثل الحجم ، التي تحدد مقدار المادة في الكائن. هناك عدة ظواهر تجعل من الممكن تقييمها. هناك رأي بين المنظرين أن بعض هذه الظواهر قد تكون مستقلة عن بعضها البعض ، ولكن خلال التجارب لم يتم العثور على فروق في النتائج من طريقة قياسات الكتلة:

  • بالقصور الذاتي. يتم تحديده من خلال مقاومة الجسم للتسارع بالقوة.
  • الجاذبية الإيجابية والسلبية. يقاس بقوة تفاعل مجالات الجاذبية للأجسام.
Картинка

يشعر الشخص بكتلته ملامسة لسطح آخر. ... يمكن أن يكون كرسيًا ، أو سماء الأرض ، أو كرسي رائد فضاء أثناء التسارع في صاروخ. في هذه الأمثلة ، نتحدث عن كمية يسميها علماء الفيزياء بالوزن ، ويُنظر إليها ذاتيًا على أنها وزن ظاهر.

إنها تساوي الكتلة الفعلية المقاسة في جميع الحالات المحلية تقريبًا ، مع الاستثناءات التالية:

  • يتلقى الجسم تسارعًا بمكون رأسي بالنسبة إلى الأرض. على سبيل المثال ، في مصعد أو طائرة.
  • بالإضافة إلى جاذبية الأرض ، هناك قوى أخرى تؤثر على الجسم - قوة الطرد المركزي ، جاذبية أخرى من الجسم ، أرخميدس.

نهج الجاذبية

في معظم الحالات ، عند تحديد مفهوم الوزن (التسمية المقبولة هي P ، في اللاتينية مكتوبة على أنها بوندس) ، يتم استخدام ما يسمى بتعريف الجاذبية. في كتب الفيزياء المدرسية ، تصف معادلة الوزن للجسم الكمية بأنها قوة تؤثر على جسم نتيجة الجاذبية. في لغة الرياضيات ، يتم تحديد ذلك من خلال التعبير P = mg أين:

Картинка 1
  • م هي الكتلة
  • ز - تسارع الجاذبية.

تشير الصيغة إلى ما يُقاس به الوزن: من الناحية الكمية يتم حسابه بنفس وحدات القوة. لذلك ، وفقًا للنظام الدولي للوحدات (SI) ، يتم قياس P بوحدة نيوتن.

مجال جاذبية الأرض ليس موحدًا ويختلف في حدود 0.5٪ على سطح الكوكب. وفقًا لذلك ، فإن قيمة g غير مستقرة أيضًا. تسمى القيمة المقبولة عمومًا بالمعيار وتساوي 9.80665 م / ث 2. في أماكن مختلفة على سطح الأرض ، يكون تسارع الجاذبية الفعلي (م / ث 2):

Экватор
  • خط الاستواء - 9.7803 ؛
  • سيدني - 9.7968 ؛
  • موسكو - 9.8155 ؛
  • القطب الشمالي - 9.8322.

في عام 1901 ، تم إنشاء المؤتمر العام الثالث للأوزان والمقاييس: الوزن يعني كمية من نفس طبيعة القوة ، أي أنها عرّفتها على أنها متجه ، لأن القوة هي كمية متجهة. ومع ذلك ، لا تزال بعض كتب الفيزياء المدرسية تأخذ P على أنها عدد قياسي.

تعريف جهة الاتصال

يصف نهج آخر الظاهرة من وجهة نظر فهم القوة التي تسمى وزن الجسم. في هذه الحالة ، يتم تحديد P من خلال إجراء الوزن ويعني القوة التي يعمل بها الكائن على الدعامة. يفترض هذا النهج نتائج مختلفة اعتمادًا على التفاصيل.

Картинка 2

على سبيل المثال ، جسم في السقوط الحر له تأثير ضئيل على الدعم ، ومع ذلك ، فإن كونه في حالة انعدام الجاذبية لا يغير وزنه وفقًا لتعريف الجاذبية. وبالتالي ، يتطلب مثل هذا النهج العثور على الجسم الذي تم فحصه في حالة الراحة ، تحت تأثير الجاذبية القياسية ، دون تأثير قوة الطرد المركزي لدوران الأرض.

بالإضافة إلى ذلك ، لا يستبعد اكتشاف التلامس تشويه الطفو ، مما يقلل الوزن المقاس للجسم. في الهواء ، تتأثر الأجسام أيضًا بقوة مماثلة لتلك المغمورة في الماء. بالنسبة للأجسام ذات الكثافة المنخفضة ، يصبح تأثير التأثير أكثر وضوحًا. مثال على ذلك بالون مملوء بالهيليوم بوزن سلبي. بشكل عام ، أي إجراء له تأثير مشوه على وزن التلامس ، على سبيل المثال:

Гравитация
  • قوة الطرد المركزي. أثناء دوران الأرض ، تخضع الأجسام الموجودة على السطح لقوى طرد مركزي بشكل أكثر وضوحًا تجاه خط الاستواء.
  • تأثير الجاذبية للأجسام الفلكية الأخرى. تجذب الشمس والقمر الأشياء على سطح الأرض بدرجات متفاوتة حسب المسافة. هذا التأثير ضئيل على مستوى الأسرة ، لكنه ينعكس بشكل ملحوظ في ظواهر مثل مد وجزر البحر.
  • المغناطيسية. يمكن أن تتسبب الحقول المغناطيسية القوية في ارتفاع بعض الأجسام المصابة.

تاريخ المفهوم

Древнегреческие философы

مفاهيم الجاذبية والخفة كخصائص متأصلة في الأجسام المادية ذكرها الفلاسفة اليونانيون القدماء ... وصف أفلاطون الوزن بأنه الميل الطبيعي للأشياء للعثور على نوعها. بالنسبة لأرسطو ، كانت الخفة خاصية في استعادة ترتيب العناصر الأساسية: الهواء والأرض والنار والماء. كان أرخميدس ينظر إلى الوزن على أنه عكس الطفو. تم تقديم تعريف الاتصال الأول بواسطة إقليدس ، واصفًا الكمية بأنها خفة شيء مقارنة بشيء آخر ، كما تم قياسه بالتوازن.

عندما اكتشف علماء العصور الوسطى أنه في الممارسة العملية ، زادت سرعة سقوط الجسم بمرور الوقت. لقد غيروا مفهوم الوزن للحفاظ على العلاقات السببية بين الظواهر. تم تقسيم المفهوم إلى الأجسام في حالة الراحة وتلك التي تقع في الجاذبية.

حقق جاليليو نتائج مهمة من الناحية النظرية ، حيث توصل إلى استنتاج مفاده أن القيمة تتناسب مع كمية المادة في الجسم ، وليس مع سرعة حركتها ، كما اقترحت فيزياء أرسطو. أدى اكتشاف نيوتن لقانون الجاذبية العامة إلى الفصل الأساسي للوزن عن الخاصية الأساسية للأشياء المرتبطة بالقصور الذاتي. اعتبر العالم العوامل البيئية والطفو تشويهًا لظروف القياس. لمثل هذه الظروف ، صاغ مصطلح الوزن الظاهري.

Эйнштейн

في القرن العشرين ، تعرضت المفاهيم النيوتونية للزمان والمكان المطلق للتحدي من قبل أعمال أينشتاين. نظرية النسبية وضع كل المراقبين ، المتحركين والمتسارعين ، في ظروف مختلفة. أدى هذا إلى الغموض حول المقصود بالضبط بالكتلة ، والتي أصبحت ، جنبًا إلى جنب مع قوة الجاذبية ، كمية تعتمد بشكل أساسي على الإطار.

أدت أوجه الغموض الناتجة عن النسبية إلى نقاش جاد في المجتمع التعليمي حول كيفية تحديد أوزان الطلاب وما يجب تسميته. بدأ الاختيار يكمن بين فهمها كقوة ناتجة عن جاذبية الأرض وتعريف التلامس الناتج عن فعل الوزن.

الاختلافات مع الكتلة

الارتباك في فهم كيفية اختلاف الكتلة عن الوزن متأصل في الأشخاص الذين لا يدرسون الفيزياء بالتفصيل. هناك تفسير بسيط لذلك - كقاعدة عامة ، يتم استخدام هذه المصطلحات بالتبادل في الحياة اليومية. بشكل عام ، إذا كان الجسم على سطح الأرض وكان ثابتًا ، فستكون قيمة الكتلة مساوية للوزن بالكيلوجرام. يبدو جدول يوضح الفرق بين المفاهيم كما يلي:

وزن الوزن
إنها خاصية للمادة. دائما ثابت. يعتمد على عمل الجاذبية.
الكائن المادي ليس صفرًا أبدًا. يمكن أن يكون صفرًا في ظل ظروف معينة.
لا يتغير حسب الموقع. يتناقص أو يزيد في أماكن مختلفة من الأرض أو حسب الارتفاع فوق سطحه.
إنه عددي. متجه يشير إلى مركز الأرض أو مركز جاذبية آخر.
يمكن قياسه بالميزان يقاس بميزان نابض.
تقاس عادة بالجرام والكيلوجرام. وحدة القوة والوزن واحد - نيوتن (يشار إليه بـ N)

الخاصية المميزة الرئيسية للكتلة هي أنه بالنسبة للديناميكيات الكلاسيكية ، فهي كمية ثابتة محددة لكل جسم. تصف النسبية العامة انتقال الكتلة إلى طاقة والعكس صحيح.

عادةً ما تكون القيمة العددية بين m و P على الأرض متناسبة تمامًا. على المستوى اليومي ، من أجل معرفة وزن الجسم بكتلة معروفة ، يكفي أن نتذكر أن الأجسام تزن عادة بالنيوتن ما يقرب من 10 أضعاف قيمة المتر بالكيلوجرام.

طرق القياس

في الواقع ، يمكن قياس الوزن كقوة رد فعل الدعم للكتلة ، والتي تظهر عند نقطة التطبيق. حجم حدوث هذه القوة يساوي قيمة P. المرغوبة ويمكن تحديدها باستخدام ميزان الربيع. نظرًا لأن قوة الجاذبية التي تسبب الانحراف المبلغ عنه على المقياس يمكن أن تختلف من مكان إلى آخر ، فإن القيم ستختلف أيضًا. للتوحيد القياسي ، يتم دائمًا معايرة هذا النوع من العدادات في المصنع إلى 9.80665 م / ث 2 ثم إعادة معايرتها حيث سيتم استخدامها.

يتم استخدام آلية رافعة لقياس الكتلة. ... نظرًا لأن أي تغييرات في الجاذبية سيكون لها نفس التأثير على الكتل المعروفة وغير المعروفة ، فإن طريقة التوازن تسمح للنتيجة أن تكون هي نفسها في أي مكان على الأرض. تتم معايرة عوامل الترجيح في هذه الحالة وتمييزها بوحدات الكتلة ، لذلك تتيح لك ذراع الموازنة العثور على الكتلة من خلال مقارنة تأثير الجذب على الكائن المستهدف مع التأثير على المعيار.

Весы

في حالة عدم وجود حقل جاذبية بعيدًا عن الأجرام الفلكية الكبيرة ، لن يعمل توازن الرافعة ، ولكن ، على سبيل المثال ، سيظهر على القمر نفس القيم الموجودة على الأرض. يمكن تسمية بعض هذه الأدوات بوحدات الوزن ، ولكن نظرًا لمعايرتها في المصنع وفقًا للجاذبية القياسية ، فإنها ستظهر P للظروف التي تم ضبطها من أجلها.

هذا يعني أن توازن الحزمة ليس مصممًا لقياس الجاذبية المحلية التي تعمل على جسم ما. يمكن تحديد الوزن الدقيق عن طريق الحساب بضرب الكتلة بقيمة الجاذبية المحلية من الجداول المقابلة.

على الكواكب الأخرى

Планеты

على عكس الكتلة ، يختلف وزن الجسم في أماكن مختلفة اعتمادًا على التغيير في قيمة تسارع الجاذبية. لا يعتمد حجم قوة الجاذبية على الكواكب الأخرى ، وكذلك على الأرض ، على كتلتها فحسب ، بل أيضًا على بُعد السطح عن مركز الجاذبية.

يوضح الجدول أدناه تسارعات الجاذبية النسبية على الكواكب الأخرى ، الشمس والقمر. سطح الكواكب الغازية العملاقة (كوكب المشتري وزحل وأورانوس ونبتون) يعني طبقات السحب الخارجية للشمس - الغلاف الضوئي. لا تشمل القيم الواردة في الجدول دوران الطرد المركزي وتعكس الجاذبية الفعلية التي لوحظت بالقرب من القطبين.

جسم فلكي كم تتجاوز الجاذبية الأرض تسارع السطح م / ث 2
الشمس 27.9 274.1
الزئبق 0.377 3.703
كوكب الزهرة 0.9032 8872
أرض 1 9.8226
القمر 0.1655 1،625
المريخ 0.3895 3.728
كوكب المشتري 2.64 25.93
كوكب زحل 1.139 11.19
أورانوس 0.917 9.01
نبتون 1.148 11.28

من أجل الحصول على وزنك على كوكب آخر ، ما عليك سوى ضربه في رقم التعددية من العمود المقابل. كلما اقتربنا من مركز الكوكب ، كلما زادت القيمة ، والعكس صحيح. لذلك ، على الرغم من حقيقة أن قوة جاذبية المشتري بسبب كتلته الضخمة هي 316 مرة أعلى من الأرض ، فإن الوزن على مستوى السحب ، نظرًا لبعدها الكبير عن مركز الكتلة ، لا يبدو مثير للإعجاب كما قد يتوقعه المرء.

Невесомость

تأثير آخر مثير للاهتمام ، يسمى انعدام الوزن ، هو خاصية ليس فقط الفضاء. يمكن ملاحظتها في ظل ظروف مختلفة وعلى الأرض. على سبيل المثال ، في السقوط الحر ، لا يوجد دعم يمكن تطبيق القوة عليه ، مما يعني أن الوزن سيكون مساويًا للصفر ، على الرغم من وجود تسارع الجاذبية والكتلة.

ظاهرة مماثلة تحدث مع رواد الفضاء من محطة الفضاء الدولية في مدار الأرض. في الواقع ، يسقط دائمًا مع سكانه على سطح الكوكب ، لذلك فإن سكانه دائمًا في حالة انعدام الوزن.

وبالتالي ، فإن القاعدة الرئيسية التي تشرح الظواهر المرصودة وتجنب الالتباس مع الكتلة هي كما يلي: يتم قياس قيمة P دائمًا باستخدام أوزان التلامس الموضوعة بين الكائن والسطح المرجعي. هذا هو السبب في أن الجسم الذي يتم وضعه على الميزان والسقوط معه لن يضغط على الجهاز ، وبالتالي سيظهر المقياس قيمة صفرية.

كان هناك عالم فلك ألماني يحمل لقب باير ، طور نظامًا لتحديد سطوع النجوم ورتبها وفقًا للأبجدية اليونانية الأخرى ، وبدأ ألمعها بالحرف "ألفا" ثم "بيتا" وهكذا. في وقت لاحق ، لم يغير العلماء المبدأ عند تحسين نظامه ، بل قاموا فقط بتوزيع النجوم الساطعة: "alpha1" ، 2،3 ، إلخ.

текст при наведении

نجم السماء الساطع مع التسمية "alpha1" "Regulus"

في الفيزياء ، يُشار إلى السُمك وكذلك المسافة (المسافة) والقطر بالحرف d.

في وثائق التصميم ، يتم استخدام التعيينات وفقًا لـ GOST 2.321.

يشار إلى السماكة بالحرف s.

يشار إلى الحجم الإجمالي أو الكلي وفقًا لـ GOST بحرف كبير ، مما يعني أنه يجب الإشارة إلى السماكة الإجمالية (الكلية) بالحرف S.

المحيط هو مجموع أطوال كل الجوانب (أو الطول الإجمالي لجميع حدود الشكل). كل شكل تقريبًا له معادلة مختلفة للمحيط ، كما هو الحال مع المنطقة.

في الرياضيات ، كقاعدة عامة ، من المعتاد تعيين محيط الشكل بالحرف اللاتيني "P".

على سبيل المثال ، تبدو صيغة المحيط كما يلي: P = 2 * (a + b).

يمكنك أيضًا ملاحظة حقيقة أن طول الدائرة ، وهو محيطها (لأنه في حالة الدائرة ، يكون طولها هو حدود الشكل) ، لا يُرمز إليه بالحرف "P" ، ولكن بالحرف "ج" أو حتى ل. لكن هذا استثناء للقاعدة ، في جميع الحالات الأخرى يشار إليه بالحرف "P".

السرعة في الفيزياء هي خاصية كمية لحركة الجسم ، يُشار إليها بالحرف V. السرعة تساوي عدديًا المسار (يُشار إلى المسار بواسطة S) الذي يجتازه الجسم لكل وحدة زمنية ( الوقت يُشار إليه بالرمز t).

وحدة قياس السرعة هي متر في الثانية (م / ث).

سميرة جادجييفا هي ممثلة ومغنية داغستانية شهيرة ، ولدت في ديربنت في 27 يونيو 1991 ، وتعيش وتعمل حاليًا في محج قلعة ، وهي Lezginka حسب الجنسية.

يبلغ نمو سميرة هاجييفا حوالي 172 سم ، والفنان لديه صفحات شخصية على الشبكات الاجتماعية Instagram و VKontakte.

إنه لأمر مدهش كم من الناس ، عند استخدام كلمتي "كتلة" و "وزن" ، لا يفهمون اختلافهم من وجهة نظر الفيزياء ويعنون نفس الشيء. وفي الوقت نفسه ، هذا الاختلاف أساسي وضخم ...

وزن

لنبدأ بالكتلة. تحدد الكتلة خصائص القصور الذاتي للجسم. ماذا يعني هذا؟ القصور الذاتي هو قدرة الجسم على مقاومة التغيير في حالة حركته تحت تأثير القوة. حاول إيقاف تدحرج كرة القدم بسبب القصور الذاتي. وبعد ذلك - سيارة تتدحرج بنفس السرعة بسبب القصور الذاتي. في الحالة الأخيرة ، يكون القيام بذلك أكثر صعوبة ، لأن السيارة بها الكثير من الأمور. ويمكننا القول أن وزن السيارة أكبر. تُقاس الكتلة بالكيلوجرام ويُشار إليها بالحرف m... وزن الجسم ثابت دائمًا.

الوزن

بقدر ما يتعلق الأمر بالوزن ، فهي قوة. مثل أي قوة أخرى ، إنها كمية متجهة (لها اتجاه للعمل) ويتم قياسها نيوتن ... بحكم التعريف ، الوزن هو القوة التي يعمل بها الجسم على دعامة أو تعليق:

Вес и масса – вечная путаница

إذا كان شخص يزن 70 كجم يقف بلا حراك على الأرض ، فما هي القوى المؤثرة عليه من وجهة نظر الميكانيكا الكلاسيكية؟ اثنان فقط. إحداها هي قوة الجاذبية الموجهة عموديًا إلى الأسفل. هذه هي القوة التي تجذب بها الأرض الإنسان ، وهي تساوي ناتج كتلة الشخص mعلى تسارع الجاذبية g(بالنسبة للأرض - 9.81 م / ث 2 ، دعنا نقرب هذه القيمة حتى 10). وبالتالي ، فإن هذه القوة سوف تساوي ملغ = 70 * 10 = 700 هـ. غالبًا ما يتم قياس هذه القوة أيضًا بالكيلوغرام ، kgf ... قيمته تساوي وزن جسم يزن 1 كجم ، لذلك ، غالبًا ما يقيس الأشخاص العاديون الوزن بالكيلوجرام ولهذا السبب غالبًا ما ينشأ الارتباك مع الوزن والكتلة.

القوة الثانية هي قوة رد فعل الدعم N... يضغط الشخص على الأرض ، والأرض تقاومها بنفس قوة الجاذبية. هذه القوة موجهة في الاتجاه المعاكس وتساوي في حجمها قوة الجاذبية. القوة الكلية تساوي F = mg-N = 0 .

قد تسأل - لماذا كل هذا إذا كانت الجاذبية والوزن متماثلان؟ لا شيء من هذا القبيل ، هذه أشياء مختلفة تمامًا ، إنها تتطابق فقط في هذا المثال. فكر في رائد فضاء في إقلاع صاروخ. تتأثر أيضًا بقوة الجاذبية وقوة رد الفعل للدعم ، ولكن بالإضافة إلى ذلك تضاف القوة التي تدفع رائد الفضاء إلى الأعلى مع الصاروخ. في هذه الحالة ، قوة رد فعل الدعم Nسوف يتجاوز الجاذبية ملغ ، وسيزداد وزن رائد الفضاء ، وسوف يتعرض للحمل الزائد ، على الرغم من أن قوة الجاذبية وكتلة رائد الفضاء لم تتغير.

Вес и масса – вечная путаница

في الواقع ، الوزن مصطلح غير مهم بالنسبة للفيزيائيين. من وجهة نظر الفيزياء ، من الأصح أن نسميها ببساطة القوة ، وكلمة "وزن" هي مجرد تكريم للتقاليد اللغوية.

في ظل الظروف الأرضية ، عادةً ما يساوي الناس الوزن والكتلة ، ويتم معايرة المقياس لجميع المقاييس من أجل الجاذبية الأرضية. ومع ذلك ، فإن التفاعل بين الوزن والكتلة مثير جدًا للملاحظة في ظروف أخرى غير الأرض. لذلك ، على القمر تكون قوة الجاذبية 6 مرات أقل من الأرض ، على التوالي ، سيكون وزن رائد الفضاء أيضًا أقل بمقدار 6 مرات. في هذه الحالة ، ستبقى كتلتها دون تغيير. إذا حاولنا دق مسمار في لوحة على القمر ، فإن المطرقة ستقل وزنها بمقدار 6 أضعاف. ولكن عند الاصطدام بالرأس ، فإنها ستؤثر على الظفر بنفس القوة التي تعمل بها على الأرض ، لأن كتلة المطرقة لم تتغير.

الحد الأدنى. الكتلة خاصية لا تنفصل عن أي جسم. إذا كان جوهر الرياضة كتلة يصعب رمي 7 كجم على الأرض ، سيكون من الصعب رميها في حالة انعدام الجاذبية ، على الرغم من حقيقة أنها الوزن سيكون صفرا.

إذا أعجبك المقال ، اشترك في القناة ، أخبر عنه على الشبكات الاجتماعية ، وسنحاول ألا نفقد ماء الوجه)

Добавить комментарий