Tělesná hmotnost ve fyzice definition️ definice, vzorec, jak se měří, jak se liší od hmotnosti, na čem závisí váhová síla a co ji způsobuje

Hmotnost a hmotnost jsou věčný zmatek

Pojem a definice

Hmotnost (označená písmenem m) je jednou z fyzických veličin, jako je objem, které určují množství hmoty v objektu. Existuje několik jevů, které to umožňují vyhodnotit. Mezi teoretiky existuje názor, že některé z těchto jevů mohou být na sobě nezávislé, ale během experimentů nebyly zjištěny žádné rozdíly ve výsledcích metody hromadného měření:

  • Setrvačné. Je určena odolností těla vůči zrychlení silou.
  • Aktivní a pasivní gravitační. Měří se silou interakce gravitačních polí objektů.
Картинка

Člověk cítí jejich hmotu v kontaktu s jiným povrchem. ... Může to být židle, nebeská obloha, židle astronautů při zrychlování v raketě. V těchto příkladech mluvíme o veličině, kterou fyzici nazývají váhou, a která je subjektivně vnímána jako zdánlivá váha.

Rovná se skutečné naměřené hmotnosti téměř ve všech domácích případech, s následujícími výjimkami:

  • Tělo přijímá zrychlení se svislou složkou ve vztahu k zemi. Například ve výtahu nebo v letadle.
  • Kromě gravitace Země na tělo působí i další síly - odstředivé, gravitační jiné z těla, Archimédova.

Gravitační přístup

Ve většině případů se při definování pojmu hmotnosti (přijaté označení je P, v latině se píše jako pondus) používá tzv. Gravitační definice. V učebnicích fyziky popisuje váhový vzorec tělesa veličinu jako sílu působící na předmět v důsledku gravitace. V jazyce matematiky je to definováno výrazem P = mg kde:

Картинка 1
  • m je hmotnost;
  • g - gravitační zrychlení.

Vzorec naznačuje, v čem se váha měří: kvantitativně se počítá ve stejných jednotkách jako síla. Proto se podle Mezinárodního systému jednotek (SI) P měří v Newtonech.

Gravitační pole Země není rovnoměrné a pohybuje se v rozmezí 0,5% na povrchu planety. Hodnota g je tedy také nestabilní. Obecně přijímaná hodnota se nazývá standard a rovná se 9,80665 m / s2. Na různých místech na povrchu Země je skutečné gravitační zrychlení (m / s2):

Экватор
  • rovník - 9,7803;
  • Sydney - 9,7968;
  • Moskva - 9,8155;
  • Severní pól - 9,8322.

V roce 1901 byla ustanovena třetí Generální konference o vahách a mírách: váha znamená množství stejné povahy jako síla, to znamená, že jej definovala jako vektor, protože síla je vektorová veličina. Některé školní učebnice fyziky přesto považují P za skalární.

Definice kontaktu

Jiný přístup popisuje tento jev z hlediska pochopení toho, jaké síle se říká tělesná hmotnost. V tomto případě je P určeno postupem vážení a znamená sílu, kterou předmět působí na podporu. Tento přístup předpokládá různé výsledky v závislosti na podrobnostech.

Картинка 2

Například objekt ve volném pádu má malý vliv na podporu, nicméně to, že má nulovou gravitaci, nemění jeho váhu v souladu s gravitační definicí. V důsledku toho takový přístup vyžaduje nalezení vyšetřovaného tělesa v klidu, při působení standardní gravitace, bez vlivu odstředivé síly rotace Země.

Detekce kontaktu navíc nevylučuje vztlakové zkreslení, které snižuje naměřenou hmotnost objektu. Ve vzduchu jsou těla ovlivněna také silou podobnou té, která je ponořena do vody. U objektů s nízkou hustotou je účinek vlivu znatelnější. Příkladem toho je balón s héliem naplněným zápornou hmotností. Obecně platí, že jakákoli akce má na kontaktní hmotnost rušivý účinek, například:

Гравитация
  • Odstředivá síla. Jak se Země otáčí, objekty na povrchu jsou vystaveny odstředivým silám výraznějším směrem k rovníku.
  • Gravitační vliv jiných astronomických těles. Slunce a měsíc přitahují objekty na zemském povrchu v různé míře, v závislosti na vzdálenosti. Tento vliv je na úrovni domácností nevýznamný, ale znatelně se odráží v takových jevech, jako je příliv a odliv moře.
  • Magnetismus. Silné magnetické pole může způsobit levitaci některých zasažených předmětů.

Historie konceptu

Древнегреческие философы

Pojmy gravitace a lehkosti jako inherentní vlastnosti fyzických těl zmínili starořečtí filozofové ... Platón popsal váhu jako přirozenou tendenci předmětů najít svůj vlastní druh. Pro Aristotela byla lehkost vlastností při obnově pořadí základních prvků: vzduchu, země, ohně a vody. Archimedes považoval váhu za opak vztlaku. Definici prvního kontaktu poskytl Euclid a popsal kvantitu jako lehkost jedné věci ve srovnání s druhou, měřeno pomocí rovnováhy.

Když středověcí vědci zjistili, že v praxi se rychlost padajícího objektu v průběhu času zvyšovala. Změnili koncept váhy, aby zachovali kauzální vztahy mezi jevy. Koncept byl rozdělen pro těla v klidu a těla v gravitačním pádu.

Teoreticky významných výsledků dosáhl Galileo, který dospěl k závěru, že kvantita je úměrná množství hmoty v objektu, a ne rychlosti jeho pohybu, jak naznačuje Aristotelova fyzika. Newtonův objev zákona univerzální gravitace vedl k zásadnímu oddělení hmotnosti od základní vlastnosti předmětů spojené se setrvačností. Vědec považoval faktory prostředí a vztlak za narušení podmínek měření. Za takových okolností vytvořil termín zjevná váha.

Эйнштейн

Ve 20. století byly newtonovské koncepty absolutního času a prostoru zpochybněny prací Einsteina. Teorie relativity postavte všechny pozorovatele, pohybující se a zrychlující, do různých podmínek. To vedlo k nejednoznačnosti ohledně toho, co přesně je míněno hmotou, která se spolu s gravitační silou stala v podstatě rámcově závislou veličinou.

Nejasnosti generované relativitou vedly ve učitelské komunitě k vážným debatám o tom, jak definovat váhy pro studenty a jak by se jim mělo říkat. Volba začala ležet mezi jejím chápáním jako síly způsobené gravitací Země a definicí kontaktu vyplývající z vážení.

Rozdíly s hmotností

Zmatek v pochopení toho, jak se hmotnost liší od hmotnosti, je vlastní lidem, kteří podrobně nestudují fyziku. Existuje pro to jednoduché vysvětlení - tyto výrazy se zpravidla používají v každodenním životě zaměnitelně. Obecně platí, že pokud je tělo na povrchu Země a je nehybné, bude se hodnota hmotnosti rovnat skaláru hmotnosti v kilogramech. Tabulka objasňující rozdíl mezi koncepty vypadá takto:

Hmotnost Váha
Je to vlastnost hmoty. Vždy konstantní. Závisí na působení gravitace.
Hmotný objekt není nikdy nula. Může být za určitých podmínek nula.
Nezmění se v závislosti na umístění. Snižuje nebo zvyšuje na různých místech Země nebo v závislosti na výšce nad jejím povrchem.
Je to skalární. Vektor směřující do středu Země nebo do jiného gravitačního centra.
Lze měřit pomocí váhy Měřeno s pružinovým vyvážením.
Obvykle měřeno v gramech a kilogramech. Jednotka síly a hmotnosti je jedna - Newton (označeno jako N)

Hlavní rozlišovací vlastností hmoty je, že pro klasickou dynamiku je to specifická invariantní veličina pro každé tělo. Obecná relativita popisuje přechod hmoty na energii a naopak.

Numerická hodnota mezi m a P na Zemi je obvykle přísně proporcionální. Na každodenní úrovni, abychom zjistili váhu těla se známou hmotností, stačí si uvědomit, že předměty obvykle váží v newtonech přibližně 10krát více než hodnota m v ​​kilogramech.

Metody měření

Hmotnost lze ve skutečnosti měřit jako sílu reakce nosiče na hmotu, která se objevuje v místě aplikace. Velikost výskytu této síly se rovná hodnotě požadované P. Lze ji určit pomocí pružinové váhy. Vzhledem k tomu, že gravitační síla, která způsobuje hlášené vychýlení na stupnici, se může místo od místa lišit, budou se hodnoty také lišit. Pro standardizaci jsou měřicí přístroje tohoto typu ve výrobním závodě vždy kalibrovány na 9,80665 m / s2 a poté znovu kalibrovány na místě, kde budou použity.

K měření hmotnosti se používá pákový mechanismus ... Jelikož jakékoli změny gravitace budou mít stejný účinek na známé i neznámé hmotnosti, metoda vyvážení umožňuje, aby byl výsledek stejný kdekoli na Zemi. Váhové faktory jsou v tomto případě kalibrovány a označeny v jednotkách hmotnosti, takže vyvažovací páka vám umožní najít hmotnost porovnáním účinku přitažlivosti na cílový objekt s účinkem na standard.

Весы

Při absenci gravitačního pole daleko od velkých astronomických těles nebude rovnováha páky fungovat, ale například na Měsíci bude vykazovat stejné hodnoty jako na Zemi. Některé z těchto přístrojů mohou být označeny v jednotkách hmotnosti, ale protože jsou kalibrovány ve výrobě pro standardní gravitaci, budou zobrazovat P za podmínek, pro které jsou nastaveny.

To znamená, že vyvážení paprsku není určeno k měření lokální gravitace na objektu. Přesnou hmotnost lze určit výpočtem vynásobením hmotnosti hodnotou místní gravitace z příslušných tabulek.

Na jiných planetách

Планеты

Na rozdíl od hmotnosti se tělesná hmotnost na různých místech liší v závislosti na změně hodnoty gravitačního zrychlení. Velikost gravitační síly na jiných planetách i na Zemi závisí nejen na jejich hmotnosti, ale také na tom, jak daleko je povrch od těžiště.

Níže uvedená tabulka ukazuje srovnávací gravitační zrychlení na jiných planetách, Slunci a Měsíci. Povrch pro plynné obry (Jupiter, Saturn, Uran a Neptun) znamená jejich vnější vrstvy mraků, pro Slunce - fotosféru. Hodnoty v tabulce nezahrnují odstředivou rotaci a představují skutečnou gravitaci pozorovanou v blízkosti pólů.

Astronomický objekt Kolik gravitace převyšuje Zemi Povrchové zrychlení m / s2
Slunce 27.9 274,1
Rtuť 0,377 3,703
Venuše 0,9032 8872
Země 1 9,8226
Měsíc 0,1655 1625
Mars 0,3895 3,728
Jupiter 2.64 25,93
Saturn 1,139 11,19
Uran 0,917 9.01
Neptune 1,148 11,28

Abyste získali svou vlastní váhu na jiné planetě, musíte ji znásobit číslem multiplicity z příslušného sloupce. Čím blíže ke středu planety je měření provedeno, tím vyšší bude hodnota a naopak. Proto, navzdory skutečnosti, že gravitační síla Jupitera je díky jeho obrovské hmotnosti 316krát vyšší než Země, váha na úrovni mraků vzhledem k jejich velké vzdálenosti od středu hmoty nevypadá tak působivé, jak by se dalo očekávat.

Невесомость

Další zajímavý efekt zvaný beztíže je charakteristický nejen pro prostor. Lze jej pozorovat za různých okolností a na Zemi. Například ve volném pádu neexistuje žádná podpora, na kterou by působila síla, což znamená, že váha se bude rovnat nule, a to navzdory přítomnosti gravitačního a hmotného zrychlení.

Podobný jev nastává u astronautů Mezinárodní vesmírné stanice na oběžné dráze Země. Ve skutečnosti vždy klesá s obyvateli na povrch planety, takže jeho obyvatelé jsou neustále ve stavu beztíže.

Hlavní pravidlo vysvětlující pozorované jevy a zabraňující záměně s hmotou je tedy následující: hodnota P se vždy měří pomocí kontaktních závaží umístěných mezi objektem a referenční plochou. To je důvod, proč tělo umístěné na vahách a padající s nimi nebude tlačit na zařízení a váha tedy bude vykazovat nulovou hodnotu.

Byl tam takový astronom, Němec, s příjmením Bayer. Vyvinul systém pro určování jasu hvězd a uspořádal je podle jiné řecké abecedy. Nejjasnější začaly písmenem „alfa“, poté „beta“ a tak dále. Vědci později nezměnili princip při zdokonalování jeho systému, pouze distribuovali jasné hvězdy: „alfa1“, 2,3 atd.

текст при наведении

jasná hvězda oblohy s označením „alpha1“ „Regulus“

Ve fyzice jsou tloušťka, stejně jako vzdálenost (vzdálenost) a průměr, označeny písmenem d.

V konstrukční dokumentaci se používají označení podle GOST 2.321.

Tloušťka je označena písmenem s.

Celková nebo celková velikost podle GOST je označena velkým písmenem, což znamená, že celková (celková) tloušťka by měla být označena písmenem S.

Obvod je součtem délek všech stran (nebo celkové délky všech hran tvarů). Téměř každý tvar má pro obvod jiný vzorec, jako je tomu u oblasti.

V matematice je zpravidla obvyklé označovat obvod postavy latinským písmenem „P“.

Například obvodový vzorec vypadá takto: P = 2 * (a + b).

Můžete si také povšimnout skutečnosti, že délka kruhu, který je jeho obvodem (protože v případě kruhu je jeho délka hranicí obrázku), není označena písmenem „P“, ale písmenem „C“ nebo dokonce l. Jedná se ale spíše o výjimku z pravidla, ve všech ostatních případech je označena písmenem „P“.

Rychlost ve fyzice je kvantitativní charakteristikou pohybu tělesa, označuje se písmenem V. Rychlost se číselně rovná dráze (dráha je označena písmenem S), kterou prochází těleso za jednotku času ( čas je označen t).

Jednotkou rychlosti je metr za sekundu (m / s).

Samira Gadzhieva je slavná dagestanská herečka a zpěvačka. Narodila se v Derbentu 27. června 1991, v současné době žije a pracuje v Machačkale, je národností Lezginka.

Růst Samira Hajiyeva je asi 172 centimetrů, umělec má osobní stránky na sociálních sítích Instagram a VKontakte.

Je úžasné, kolik lidí, když používá slova „hmotnost“ a „váha“, nechápe svou odlišnost z hlediska fyziky a znamená to samé. Mezitím je tento rozdíl zásadní a obrovský ...

Hmotnost

Začněme s hmotou. Hmotnost určuje setrvačné vlastnosti tělesa. Co to znamená? Setrvačnost je schopnost těla odolávat změně jeho stavu pohybu pod vlivem síly. Pokuste se zastavit setrvačnost fotbalového míče. A pak - auto valící se stejnou rychlostí setrvačností. V druhém případě je to mnohem obtížnější, protože auto má spoustu hmoty. A můžeme říci, že auto má větší váhu. Hmotnost se měří v kilogramech a označuje se písmenem m... Tělesná hmotnost je vždy konstantní.

Váha

Pokud jde o váhu, jedná se o sílu. Jako každá jiná síla je to vektorová veličina (se směrem působení) a měří se newtonů ... Hmotnost je podle definice síla, kterou tělo působí na podpěru nebo zavěšení:

Вес и масса – вечная путаница

Pokud osoba vážící 70 kg stojí nehybně na podlaze, jaké síly na něj působí z pohledu klasické mechaniky? Jen dva. Jedním z nich je gravitační síla směrovaná svisle dolů. To je síla, kterou Země přitahuje člověka, a je rovna součinu hmotnosti člověka mna gravitačním zrychlení g(pro Zemi - 9,81 m / s2, zaokrouhlíme tuto hodnotu až na 10). Tato síla se tedy bude rovnat mg = 70 * 10 = 700H. Tato síla se často měří také v kilogramové síle, kgf ... Jeho hodnota se rovná hmotnosti těla o hmotnosti 1 kg, obyčejní lidé proto často měří váhu v kilogramech, a proto často dochází k záměně s váhou a hmotou.

Druhá síla je reakční síla podpory N... Osoba tlačí na podlahu a podlaha jí odolává - přesně stejnou silou jako gravitační síla. Tato síla je směrována v opačném směru a má stejnou velikost jako gravitační síla. Celková síla se rovná F = mg-N = 0 .

Možná se ptáte - proč to všechno, když gravitace a hmotnost jsou stejné? Nic takového, to jsou úplně jiné věci, v tomto příkladu se shodují. Vezměme si kosmonauta v raketě vzlétajícího. Je také ovlivněna gravitační silou a reakční silou podpory, ale navíc se přidává síla, která tlačí astronauta nahoru spolu s raketou. V tomto případě reakční síla podpory Npřekročí gravitaci mg a hmotnost astronauta se zvýší, bude mít přetížení, ačkoli gravitační síla a hmotnost astronauta se nezměnily.

Вес и масса – вечная путаница

Hmotnost je ve skutečnosti pro fyziky bezvýznamný termín. Z hlediska fyziky je správnější nazývat ji jednoduše silou a slovo „váha“ je pouze poctou jazykové tradici.

V pozemských podmínkách se lidé obvykle ztotožňují s hmotností a hmotností a stupnice pro všechny váhy je kalibrována pro pozemskou gravitaci. Interakci hmotnosti a hmotnosti je však velmi zajímavé sledovat v jiných podmínkách než na Zemi. Na Měsíci je tedy gravitační síla šestkrát menší než síla Země, respektive váha astronauta bude také šestkrát menší. V takovém případě jeho hmotnost zůstane nezměněna. Pokusíme-li se zatloukat hřebík do prkna na Měsíci, bude kladivo vážit 6krát méně. Ale při nárazu do hlavy bude působit na hřebík stejnou silou jako na Zemi, protože hmotnost kladiva se nezměnila.

Sečteno a podtrženo. Mše je neoddělitelnou vlastností každého těla. Pokud sportovní jádro Hmotnost 7 kg je těžké vrhnout na Zemi, stejně těžké bude vrhnout ho v nulové gravitaci, a to navzdory tomu váha bude nula.

Pokud se vám článek líbil, přihlaste se k odběru kanálu, řekněte o něm na sociálních sítích a my se pokusíme neztratit tvář)

Добавить комментарий