Körpergewicht in der Physik ℹ️ Definition, Formel, wie es gemessen wird, wie es sich von der Masse unterscheidet, was bestimmt und was die Kraft des Gewichts verursacht

Gewicht und Masse sind ewige Verwirrung

Konzept und Definitionen

Masse (bezeichnet mit dem Buchstaben m) ist eine der physikalischen Größen wie das Volumen, die die Menge an Materie in einem Objekt bestimmen. Es gibt verschiedene Phänomene, die es ermöglichen, es zu bewerten. Theoretiker sind der Meinung, dass einige dieser Phänomene unabhängig voneinander sein können, aber während der Experimente wurden keine Unterschiede in den Ergebnissen der Methode der Massenmessungen festgestellt:

  • Trägheit. Sie wird durch den Widerstand des Körpers gegen Beschleunigung durch Kraft bestimmt.
  • Aktive und passive Gravitation. Sie wird durch die Wechselwirkungskraft der Gravitationsfelder von Objekten gemessen.
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Eine Person spürt, wie ihre Masse mit einer anderen Oberfläche in Kontakt kommt. ... Es kann ein Stuhl sein, das Firmament der Erde, ein Astronautenstuhl, während er mit einer Rakete beschleunigt. In diesen Beispielen sprechen wir von einer Größe, die Physiker Gewicht nennen und die subjektiv als scheinbares Gewicht wahrgenommen wird.

Sie entspricht in fast allen Haushaltsfällen der tatsächlich gemessenen Masse, mit folgenden Ausnahmen:

  • Der Körper erhält eine Beschleunigung mit einer vertikalen Komponente in Bezug auf den Boden. Zum Beispiel in einem Aufzug oder einem Flugzeug.
  • Zusätzlich zur Schwerkraft der Erde wirken andere Kräfte auf den Körper - zentrifugal, Gravitation eines anderen vom Körper, Archimedean.

Gravitationsansatz

In den meisten Fällen wird bei der Definition des Gewichtsbegriffs (die akzeptierte Bezeichnung ist P, im Lateinischen Pondus) die sogenannte Gravitationsdefinition verwendet. In Physiklehrbüchern beschreibt die Gewichtsformel für einen Körper eine Größe als eine Kraft, die aufgrund der Schwerkraft auf ein Objekt wirkt. In der Sprache der Mathematik wird dies durch den Ausdruck P = mg definiert wo:

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  • m ist die Masse;
  • g - Gravitationsbeschleunigung.

Die Formel impliziert, worin das Gewicht gemessen wird: Quantitativ wird es in den gleichen Einheiten wie die Kraft berechnet. Daher wird P gemäß dem Internationalen Einheitensystem (SI) in Newton gemessen.

Das Gravitationsfeld der Erde ist nicht gleichmäßig und variiert innerhalb von 0,5% über der Oberfläche des Planeten. Dementsprechend ist auch der Wert von g instabil. Der allgemein akzeptierte Wert wird als Standard bezeichnet und beträgt 9,80665 m / s2. An verschiedenen Stellen auf der Erdoberfläche beträgt die tatsächliche Gravitationsbeschleunigung (m / s2):

Экватор
  • Äquator - 9,7803;
  • Sydney - 9,7968;
  • Moskau - 9,8155;
  • Nordpol - 9,8322.

1901 wurde die dritte Generalkonferenz über Gewichte und Maße eingerichtet: Gewicht bedeutet Menge der gleichen Art wie Kraft, dh sie definiert sie als Vektor, da Kraft eine Vektorgröße ist. Trotzdem nehmen einige Schulphysik-Lehrbücher immer noch P als Skalar.

Kontaktdefinition

Ein anderer Ansatz beschreibt das Phänomen unter dem Gesichtspunkt, zu verstehen, welche Kraft als Körpergewicht bezeichnet wird. In diesem Fall wird P durch das Wiegeverfahren bestimmt und bedeutet die Kraft, mit der das Objekt auf den Träger wirkt. Dieser Ansatz setzt je nach Detail unterschiedliche Ergebnisse voraus.

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Beispielsweise hat ein Objekt im freien Fall nur geringe Auswirkungen auf den Träger. Wenn es sich jedoch in der Schwerelosigkeit befindet, ändert sich sein Gewicht nicht gemäß der Gravitationsdefinition. Folglich erfordert ein solcher Ansatz, dass der untersuchte Körper unter Einwirkung der Standardgravitation in Ruhe gefunden wird, ohne den Einfluss der Zentrifugalkraft der Erdrotation.

Darüber hinaus schließt die Kontakterkennung eine Auftriebsverzerrung nicht aus, die das gemessene Gewicht des Objekts verringert. In der Luft sind Körper auch von einer ähnlichen Kraft betroffen wie die, die in Wasser eingetaucht ist. Bei Objekten mit geringer Dichte macht sich der Einfluss stärker bemerkbar. Ein Beispiel hierfür ist ein mit Helium gefüllter Ballon mit negativem Gewicht. Im Allgemeinen wirkt sich jede Aktion verzerrend auf das Kontaktgewicht aus, zum Beispiel:

Гравитация
  • Zentrifugalkraft. Während sich die Erde dreht, sind Objekte auf der Oberfläche Zentrifugalkräften ausgesetzt, die zum Äquator hin stärker ausgeprägt sind.
  • Der Gravitationseinfluss anderer astronomischer Körper. Sonne und Mond ziehen je nach Entfernung Objekte auf der Erdoberfläche in unterschiedlichem Maße an. Dieser Einfluss ist auf Haushaltsebene unbedeutend, spiegelt sich jedoch spürbar in Phänomenen wie Ebbe und Flut des Meeres wider.
  • Magnetismus. Starke Magnetfelder können dazu führen, dass einige betroffene Objekte schweben.

Geschichte des Konzepts

Древнегреческие философы

Die Konzepte von Schwerkraft und Leichtigkeit als inhärente Eigenschaften physikalischer Körper von antiken griechischen Philosophen erwähnt ... Platon beschrieb Gewicht als die natürliche Tendenz von Objekten, ihre eigene Art zu finden. Für Aristoteles war Leichtigkeit eine Eigenschaft bei der Wiederherstellung der Ordnung der Grundelemente: Luft, Erde, Feuer und Wasser. Archimedes betrachtete das Gewicht als das Gegenteil von Auftrieb. Die erste Kontaktdefinition wurde von Euklid gegeben und beschrieb die Quantität als die Leichtigkeit einer Sache im Vergleich zu einer anderen, gemessen am Gleichgewicht.

Als mittelalterliche Wissenschaftler entdeckten, dass in der Praxis die Geschwindigkeit eines fallenden Objekts mit der Zeit zunahm. Sie änderten das Gewichtskonzept, um kausale Beziehungen zwischen Phänomenen zu bewahren. Das Konzept wurde für ruhende Körper und solche im Gravitationsfall geteilt.

Bedeutende theoretische Ergebnisse wurden von Galileo erzielt, der zu dem Schluss kam, dass die Menge proportional zur Menge der Materie im Objekt und nicht zur Geschwindigkeit seiner Bewegung ist, wie dies von Aristoteles 'Physik nahegelegt wird. Newtons Entdeckung des Gesetzes der universellen Gravitation führte zu einer grundlegenden Trennung des Gewichts von der grundlegenden Eigenschaft von Objekten, die mit Trägheit verbunden sind. Der Wissenschaftler betrachtete Umweltfaktoren und Auftrieb als Verzerrung der Messbedingungen. Für solche Umstände prägte er den Begriff Scheingewicht.

Эйнштейн

Im 20. Jahrhundert wurden Newtonsche Konzepte von absoluter Zeit und Raum durch die Arbeit von Einstein in Frage gestellt. Relativitätstheorie Setzen Sie alle Beobachter, die sich bewegen und beschleunigen, unterschiedlichen Bedingungen aus. Dies hat zu Unklarheiten darüber geführt, was genau unter Masse zu verstehen ist, die zusammen mit der Gravitationskraft zu einer im Wesentlichen rahmenabhängigen Größe geworden ist.

Die durch die Relativitätstheorie erzeugten Unklarheiten haben in der Lehrgemeinschaft zu ernsthaften Debatten darüber geführt, wie Gewichte für Schüler definiert werden sollen und wie sie genannt werden sollten. Die Wahl begann zwischen dem Verständnis als Kraft, die durch die Schwerkraft der Erde verursacht wird, und der Kontaktdefinition, die sich aus dem Wiegen ergibt.

Unterschiede mit der Masse

Menschen, die Physik nicht im Detail studieren, sind verwirrt darüber, wie sich Masse vom Gewicht unterscheidet. Dafür gibt es eine einfache Erklärung - diese Begriffe werden im Alltag in der Regel synonym verwendet. Wenn sich der Körper im Allgemeinen auf der Erdoberfläche befindet und sich nicht bewegt, entspricht der Massenwert dem Skalar des Gewichts in Kilogramm. Eine Tabelle, die den Unterschied zwischen den Konzepten verdeutlicht, sieht folgendermaßen aus:

Gewicht Das Gewicht
Es ist eine Eigenschaft der Materie. Immer konstant. Hängt von der Wirkung der Schwerkraft ab.
Ein materielles Objekt ist niemals Null. Kann unter bestimmten Bedingungen Null sein.
Ändert sich nicht je nach Standort. Verringert oder erhöht sich an verschiedenen Orten der Erde oder abhängig von der Höhe über ihrer Oberfläche.
Es ist ein Skalar. Ein Vektor, der zum Erdmittelpunkt oder einem anderen Gravitationszentrum zeigt.
Kann mit Waage gemessen werden Gemessen mit einer Federwaage.
Typischerweise gemessen in Gramm und Kilogramm. Die Einheit von Kraft und Gewicht ist eins - Newton (bezeichnet als N)

Die Hauptunterscheidungsmerkmal der Masse ist, dass es sich bei der klassischen Dynamik um eine spezifische invariante Größe für jeden Körper handelt. Die allgemeine Relativitätstheorie beschreibt den Übergang von Masse zu Energie und umgekehrt.

Normalerweise ist der numerische Wert zwischen m und P auf der Erde streng proportional. Im Alltag genügt es, sich daran zu erinnern, dass Objekte normalerweise in Newton etwa das Zehnfache des Wertes von m in Kilogramm wiegen, um das Gewicht eines Körpers mit einer bekannten Masse herauszufinden.

Messmethoden

Tatsächlich kann das Gewicht als die Reaktionskraft des Trägers auf die Masse gemessen werden, die am Ort der Anwendung auftritt. Die Größe des Auftretens dieser Kraft entspricht dem Wert des gewünschten P. Sie kann unter Verwendung einer Federwaage bestimmt werden. Da die Schwerkraft, die die gemeldete Auslenkung auf der Skala verursacht, von Ort zu Ort variieren kann, unterscheiden sich auch die Werte. Zur Standardisierung wird dieser Messgerätetyp immer werkseitig auf 9,80665 m / s2 kalibriert und dann dort neu kalibriert, wo er verwendet wird.

Ein Hebelmechanismus wird verwendet, um die Masse zu messen. ... Da Änderungen der Schwerkraft die gleichen Auswirkungen auf bekannte und unbekannte Massen haben, ermöglicht die Ausgleichsmethode, dass das Ergebnis überall auf der Erde gleich ist. Die Gewichtungsfaktoren werden in diesem Fall in Masseneinheiten kalibriert und beschriftet, sodass Sie mit dem Ausgleichshebel die Masse ermitteln können, indem Sie den Effekt der Anziehung auf das Zielobjekt mit dem Effekt auf den Standard vergleichen.

Весы

Wenn kein Gravitationsfeld vorhanden ist, das weit von großen astronomischen Körpern entfernt ist, funktioniert das Gleichgewicht des Hebels nicht, aber zum Beispiel zeigt es auf dem Mond die gleichen Werte wie auf der Erde. Einige dieser Instrumente sind möglicherweise in Gewichtseinheiten gekennzeichnet. Da sie jedoch werkseitig auf die Standardschwerkraft kalibriert sind, wird P für die Bedingungen angezeigt, für die sie eingestellt sind.

Dies bedeutet, dass die Strahlbalance nicht dazu ausgelegt ist, die lokale Schwerkraft zu messen, die auf ein Objekt wirkt. Das genaue Gewicht kann durch Berechnung bestimmt werden, indem die Masse mit dem lokalen Schwerkraftwert aus den entsprechenden Tabellen multipliziert wird.

Auf anderen Planeten

Планеты

Im Gegensatz zur Masse variiert das Körpergewicht an verschiedenen Stellen in Abhängigkeit von der Änderung des Werts der Gravitationsbeschleunigung. Die Größe der Schwerkraft auf anderen Planeten sowie auf der Erde hängt nicht nur von ihrer Masse ab, sondern auch davon, wie weit die Oberfläche vom Schwerpunkt entfernt ist.

Die folgende Tabelle zeigt die vergleichenden Gravitationsbeschleunigungen auf anderen Planeten, der Sonne und dem Mond. Die Oberfläche für Gasriesen (Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun) bedeutet ihre äußeren Wolkenschichten für die Sonne - die Photosphäre. Die Werte in der Tabelle enthalten keine Zentrifugaldrehung und spiegeln die tatsächliche Schwerkraft wider, die in der Nähe der Pole beobachtet wird.

Astronomisches Objekt Wie viel Schwerkraft übersteigt die Erde Oberflächenbeschleunigung m / s2
Die Sonne 27.9 274.1
Merkur 0,377 3,703
Venus 0,9032 8,872
Erde 1 9.8226
Mond 0,1655 1,625
Mars 0,3895 3,728
Jupiter 2.64 25.93
Saturn 1.139 11.19
Uranus 0,917 9.01
Neptun 1.148 11.28

Um Ihr eigenes Gewicht auf einem anderen Planeten zu erhalten, müssen Sie es nur mit der Multiplizitätszahl aus der entsprechenden Spalte multiplizieren. Je näher an der Mitte des Planeten die Messung erfolgt, desto höher ist der Wert und umgekehrt. Trotz der Tatsache, dass die Gravitationskraft des Jupiter aufgrund seiner riesigen Masse 316-mal höher ist als die der Erde, sieht das Gewicht auf Wolkenhöhe aufgrund ihrer großen Entfernung vom Massenschwerpunkt nicht so aus beeindruckend wie man erwarten könnte.

Невесомость

Ein weiterer interessanter Effekt, Schwerelosigkeit genannt, ist nicht nur für den Raum charakteristisch. Es kann unter verschiedenen Umständen und auf der Erde beobachtet werden. Zum Beispiel gibt es im freien Fall keine Unterstützung, auf die eine Kraft ausgeübt werden würde, was bedeutet, dass das Gewicht trotz der Beschleunigung von Schwerkraft und Masse gleich Null ist.

Ein ähnliches Phänomen tritt bei den Astronauten der Internationalen Raumstation in der Erdumlaufbahn auf. Tatsächlich fällt es mit seinen Bewohnern immer an die Oberfläche des Planeten, so dass seine Bewohner ständig in einem Zustand der Schwerelosigkeit sind.

Die Hauptregel, die die beobachteten Phänomene erklärt und Verwechslungen mit der Masse vermeidet, lautet daher wie folgt: Der Wert von P wird immer unter Verwendung von Kontaktgewichten gemessen, die zwischen dem Objekt und der Referenzoberfläche angeordnet sind. Aus diesem Grund drückt ein Körper, der auf die Waage gelegt wird und mit ihnen fällt, nicht auf das Gerät, und die Waage zeigt dementsprechend einen Nullwert an.

Es gab einen deutschen Astronomen mit dem Nachnamen Bayer. Er entwickelte ein System zur Bestimmung der Helligkeit der Sterne und ordnete sie nach dem anderen griechischen Alphabet an. Das hellste begann mit dem Buchstaben "Alpha", dann "Beta" und so weiter. Später haben die Wissenschaftler das Prinzip bei der Verfeinerung seines Systems nicht geändert, sondern nur die hellen Sterne verteilt: "alpha1", 2,3 usw.

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heller Stern des Himmels mit der Bezeichnung "alpha1" "Regulus"

In der Physik werden Dicke sowie Abstand (Abstand) und Durchmesser mit dem Buchstaben d bezeichnet.

In der Konstruktionsdokumentation werden Bezeichnungen gemäß GOST 2.321 verwendet.

Die Dicke wird durch den Buchstaben s angegeben.

Die Gesamt- oder Gesamtgröße gemäß GOST wird durch einen Großbuchstaben angegeben, was bedeutet, dass die Gesamtdicke (Gesamtdicke) durch den Buchstaben S angegeben werden sollte.

Der Umfang ist die Summe der Längen aller Seiten (oder der Gesamtlänge aller Grenzen der Form). Fast jede Form hat eine andere Formel für den Umfang, wie dies bei der Fläche der Fall ist.

In der Mathematik ist es in der Regel üblich, den Umfang einer Figur mit dem lateinischen Buchstaben "P" zu bezeichnen.

Zum Beispiel sieht die Umfangsformel folgendermaßen aus: P = 2 * (a + b).

Sie können auch die Tatsache beachten, dass die Länge eines Kreises, die sein Umfang ist (da im Fall eines Kreises seine Länge der Rand der Figur ist), nicht durch den Buchstaben "P", sondern durch den Buchstaben bezeichnet wird "C" oder sogar l. Dies ist jedoch eher eine Ausnahme von der Regel, in allen anderen Fällen ist sie mit dem Buchstaben "P" gekennzeichnet.

Die Geschwindigkeit in der Physik ist ein quantitatives Merkmal der Bewegung eines Körpers. Sie wird mit dem Buchstaben V bezeichnet. Die Geschwindigkeit entspricht numerisch dem Pfad (der Pfad wird mit S bezeichnet), den der Körper pro Zeiteinheit zurücklegt ( Zeit wird mit t) bezeichnet.

Die Maßeinheit für die Geschwindigkeit ist Meter pro Sekunde (m / s).

Samira Gadzhieva ist eine berühmte dagestanische Schauspielerin und Sängerin. Sie wurde am 27. Juni 1991 in Derbent geboren. Sie lebt und arbeitet derzeit in Machatschkala. Sie ist eine Lezginka nach Nationalität.

Das Wachstum von Samira Hajiyeva beträgt ca. 172 Zentimeter, der Künstler hat persönliche Seiten in den sozialen Netzwerken Instagram und VKontakte.

Es ist erstaunlich, wie viele Menschen, wenn sie die Wörter "Masse" und "Gewicht" verwenden, ihren Unterschied aus physikalischer Sicht nicht verstehen und dasselbe bedeuten. Inzwischen ist dieser Unterschied grundlegend und riesig ...

Gewicht

Beginnen wir mit der Masse. Masse bestimmt die Trägheitseigenschaften eines Körpers. Was bedeutet das? Trägheit ist die Fähigkeit des Körpers, einer Änderung seines Bewegungszustands unter dem Einfluss von Kraft zu widerstehen. Versuchen Sie, einen Fußball durch Trägheit zu stoppen. Und dann - ein Auto, das durch Trägheit mit der gleichen Geschwindigkeit rollt. Im letzteren Fall ist dies viel schwieriger, da das Auto viel Materie hat. Und wir können sagen, dass das Auto mehr Gewicht hat. Die Masse wird in Kilogramm gemessen und mit dem Buchstaben bezeichnet m... Das Körpergewicht ist immer konstant.

Das Gewicht

Was das Gewicht betrifft, ist es Stärke. Wie jede andere Kraft ist es eine Vektorgröße (mit einer Wirkungsrichtung) und wird in gemessen Newton ... Per Definition ist Gewicht die Kraft, mit der ein Körper auf eine Stütze oder Aufhängung einwirkt:

Вес и масса – вечная путаница

Wenn eine Person mit einem Gewicht von 70 kg regungslos auf dem Boden steht, welche Kräfte wirken aus Sicht der klassischen Mechanik auf sie? Nur zwei. Eine davon ist die Schwerkraft, die vertikal nach unten gerichtet ist. Dies ist die Kraft, mit der die Erde eine Person anzieht, und sie ist gleich dem Produkt der Masse der Person mauf die Beschleunigung der Schwerkraft g(Für die Erde - 9,81 m / s2 runden wir diesen Wert auf 10 auf). Somit ist diese Kraft gleich mg = 70 · 10 = 700H. Oft wird diese Kraft auch in Kilogramm-Kraft gemessen, kgf ... Sein Wert entspricht dem Gewicht eines Körpers mit einem Gewicht von 1 kg. Daher messen gewöhnliche Menschen das Gewicht oft in Kilogramm, und deshalb kommt es häufig zu Verwechslungen mit Gewicht und Masse.

Die zweite Kraft ist die Reaktionskraft des Trägers N... Die Person drückt auf den Boden und der Boden widersteht ihm - mit genau der gleichen Kraft wie die Schwerkraft. Diese Kraft ist in die entgegengesetzte Richtung gerichtet und entspricht in ihrer Größe der Schwerkraft. Die Gesamtkraft ist gleich F = mg-N = 0 .

Sie fragen sich vielleicht - warum das alles, wenn Schwerkraft und Gewicht ein und dasselbe sind? Nichts dergleichen, das sind ganz andere Dinge, sie fallen in diesem Beispiel einfach zusammen. Stellen Sie sich einen Astronauten in einer Rakete vor, der abhebt. Es wird auch von der Schwerkraft und der Reaktionskraft des Trägers beeinflusst, aber zusätzlich wird die Kraft hinzugefügt, die den Astronauten zusammen mit der Rakete nach oben drückt. In diesem Fall die Reaktionskraft des Trägers Nwird die Schwerkraft überschreiten mg und das Gewicht des Astronauten wird zunehmen, er wird eine Überlastung erfahren, obwohl sich die Schwerkraft und die Masse des Astronauten nicht geändert haben.

Вес и масса – вечная путаница

In der Tat ist Gewicht ein unbedeutender Begriff für Physiker. Aus physikalischer Sicht ist es richtiger, es einfach Gewalt zu nennen, und das Wort "Gewicht" ist nur eine Hommage an die sprachliche Tradition.

Unter terrestrischen Bedingungen setzen Menschen normalerweise Gewicht und Masse gleich, und die Skala für alle Skalen ist für die terrestrische Schwerkraft kalibriert. Das Zusammenspiel von Gewicht und Masse ist jedoch unter anderen Bedingungen als der Erde sehr interessant zu beobachten. Auf dem Mond ist die Schwerkraft also 6-mal geringer als die der Erde, und das Gewicht des Astronauten ist ebenfalls 6-mal geringer. In diesem Fall bleibt seine Masse unverändert. Wenn wir versuchen, einen Nagel in ein Brett auf dem Mond zu hämmern, wiegt der Hammer sechsmal weniger. Wenn es jedoch auf den Kopf trifft, wirkt es mit der gleichen Kraft wie auf der Erde auf den Nagel, da sich die Masse des Hammers nicht geändert hat.

Endeffekt. Masse ist eine untrennbare Eigenschaft eines jeden Körpers. Wenn der Sportkern Masse 7 kg sind schwer auf die Erde zu werfen, es wird genauso schwer sein, sie in der Schwerelosigkeit zu werfen, trotz der Tatsache, dass es das Gewicht wird Null sein.

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