Paino fysiikassa ℹ️ määritelmä, kaava, miten se mitataan, miten se eroaa massasta, mistä painovoima riippuu ja mikä sen aiheuttaa

Paino ja massa ovat ikuista sekaannusta

Käsite ja määritelmät

Massa (merkitty kirjaimella m) on yksi fysikaalisista määristä, kuten tilavuus, jotka määrittävät aineen määrän esineessä. On olemassa useita ilmiöitä, jotka mahdollistavat sen arvioinnin. Teoreetikkojen keskuudessa on mielipide, että jotkut näistä ilmiöistä voivat olla toisistaan ​​riippumattomia, mutta kokeiden aikana massamittausmenetelmän tuloksissa ei havaittu eroja:

  • Inertia. Sen määrää kehon vastustuskyky kiihtyvyydelle voimalla.
  • Aktiivinen ja passiivinen painovoima. Se mitataan esineiden painovoimakenttien vuorovaikutusvoimalla.
Картинка

Henkilö tuntee massansa kosketuksessa toisen pinnan kanssa. ... Se voi olla tuoli, maan taivaankappale, astronautin tuoli samalla kun kiihtyy raketissa. Näissä esimerkeissä puhumme suuruudesta, jota fyysikot kutsuvat painoksi ja jonka koetaan subjektiivisesti näennäisenä painona.

Se on yhtä suuri kuin todellinen mitattu massa lähes kaikissa kotimaisissa tapauksissa seuraavia poikkeuksia lukuun ottamatta:

  • Runko saa kiihtyvyyden pystysuoralla komponentilla suhteessa maahan. Esimerkiksi hississä tai lentokoneessa.
  • Maan painovoiman lisäksi kehoon vaikuttavat muutkin voimat - keskipako, toisen kehosta, Archimedekselta, painovoimainen.

Painovoimainen lähestymistapa

Useimmissa tapauksissa painon käsitettä määritettäessä (hyväksytty nimitys on P, latinaksi se kirjoitetaan pondukseksi) käytetään ns. Gravitaatiomääritelmää. Fysiikan oppikirjoissa ruumiin painokaava kuvaa määrää voimana, joka vaikuttaa esineeseen painovoiman seurauksena. Matematiikan kielellä tämä määritetään lausekkeella P = mg missä:

Картинка 1
  • m on massa;
  • g - painovoimakiihtyvyys.

Kaava viittaa siihen, millainen paino mitataan: kvantitatiivisesti se lasketaan samoissa yksiköissä kuin voima. Siksi kansainvälisen yksikköjärjestelmän (SI) mukaan P mitataan newtonina.

Maan painovoimakenttä ei ole yhtenäinen ja vaihtelee 0,5%: n sisällä planeetan pinnasta. Näin ollen myös g: n arvo on epävakaa. Yleisesti hyväksyttyä arvoa kutsutaan standardiksi ja se on 9,80665 m / s2. Maapallon eri paikoissa todellinen gravitaatiokiihtyvyys on (m / s2):

Экватор
  • päiväntasaaja - 9,7803;
  • Sydney - 9,7968;
  • Moskova - 9,8155;
  • Pohjoisnapa - 9,8322.

Vuonna 1901 perustettiin kolmas painojen ja mittojen yleiskonferenssi: paino tarkoittaa samaa luonnetta kuin voima, eli se määritti sen vektoriksi, koska voima on vektorimäärä. Joissakin koulun fysiikan oppikirjoissa kuitenkin käytetään P: tä skalaariksi.

Yhteyden määrittely

Toinen lähestymistapa kuvaa ilmiötä siitä näkökulmasta, että ymmärretään, mitä voimaa kutsutaan ruumiinpainoksi. Tässä tapauksessa P määritetään punnitusmenetelmällä ja tarkoittaa voimaa, jolla esine vaikuttaa tukeen. Tämä lähestymistapa edellyttää erilaisia ​​tuloksia yksityiskohdista riippuen.

Картинка 2

Esimerkiksi vapaassa pudotuksessa olevalla esineellä ei ole juurikaan vaikutusta tukeen, mutta nollapainossa oleminen ei muuta sen painoa painovoiman määritelmän mukaisesti. Näin ollen tällainen lähestymistapa edellyttää tutkitun ruumiin löytämistä levossa, vakiopainovoiman vaikutuksesta ilman maapallon pyörimisen keskipakovoiman vaikutusta.

Lisäksi kosketustunnistus ei sulje pois kelluvuuden vääristymistä, mikä vähentää kohteen mitattua painoa. Ilmassa kehoihin vaikuttaa myös voima, joka on samanlainen kuin veteen upotettu voima. Alhaisen tiheyden kohteilla vaikutuksen vaikutus tulee havaittavammaksi. Esimerkki tästä on negatiivipainoinen heliumilla täytetty ilmapallo. Kaikessa toiminnassa on vääristävä vaikutus kosketuspainoon, esimerkiksi:

Гравитация
  • Keskipakoisvoima. Maapallon pyöriessä pinnalla oleviin kohteisiin kohdistuvat keskipakovoimat, jotka ovat voimakkaampia kohti päiväntasaajaa.
  • Muiden tähtitieteellisten kappaleiden painovoima. Aurinko ja kuu houkuttelevat maapallon esineitä vaihtelevasti etäisyydestä riippuen. Tämä vaikutus on merkityksetön kotitalouksien tasolla, mutta heijastuu huomattavasti sellaisissa ilmiöissä kuin meren laskuvesi ja virtaus.
  • Magnetismi. Voimakkaat magneettikentät voivat aiheuttaa joidenkin kohteiden esineiden levitaation.

Käsitteen historia

Древнегреческие философы

Painovoiman ja keveyden käsitteet fyysisten kappaleiden luontaisina ominaisuuksina muinaiset kreikkalaiset filosofit mainitsivat ... Platon kuvaili painoa esineiden luonnollisena taipumuksena löytää omat lajinsä. Aristoteleen kannalta keveys oli ominaisuus palauttaa peruselementtien järjestys: ilma, maa, tuli ja vesi. Archimedes piti painoa vastakohtana kelluvuudelle. Ensimmäisen kontaktimääritelmän antoi Euclid, joka kuvasi määrän yhden asian keveydestä toiseen, mitattuna tasapainolla.

Kun keskiajan tutkijat huomasivat, että käytännössä putoavan kohteen nopeus kasvoi ajan myötä. He muuttivat painon käsitettä säilyttääkseen syy-suhteet ilmiöiden välillä. Käsite jaettiin levossa oleville ja painovoiman pudottaville.

Merkittäviä tuloksia teoriassa saavutti Galileo, joka päätyi siihen tulokseen, että määrä on verrannollinen esineessä olevan aineen määrään eikä sen liikkeen nopeuteen, kuten Aristoteleen fysiikka ehdottaa. Newton löysi universaalin painovoiman lain, mikä johti painon perusteelliseen erottamiseen inertiaan liittyvien esineiden perusominaisuudesta. Tutkija piti ympäristötekijöitä ja kelluvuutta mittausolosuhteiden vääristymänä. Tällaisissa olosuhteissa hän loi termin näennäinen paino.

Эйнштейн

1900-luvulla Einsteinin työ haastoi Newtonin käsitteet absoluuttisesta ajasta ja avaruudesta. Suhteellisuusteoria laittaa kaikki tarkkailijat, liikkuvat ja kiihtyvät, erilaisiin olosuhteisiin. Tämä johti epäselvyyteen siitä, mitä tarkalleen tarkoitetaan massalla, josta yhdessä painovoiman kanssa on tullut olennaisesti kehyksestä riippuva määrä.

Suhteellisuussuhteiden synnyttämät epäselvyydet ovat johtaneet opettajayhteisössä vakavaan keskusteluun siitä, kuinka määritellä painot opiskelijoille ja mitä heille tulisi kutsua. Valinta alkoi olla sen ymmärtämisessä, että se on maan painovoiman aiheuttama voima, ja punnituksen seurauksena syntyvästä kontaktimääritelmästä.

Erot massan suhteen

Hämmennys ymmärtämisessä, miten massa eroaa painosta, on luontaista ihmisille, jotka eivät opiskele fysiikkaa yksityiskohtaisesti. Tähän on yksinkertainen selitys - näitä termejä käytetään pääsääntöisesti jokapäiväisessä elämässä keskenään. Yleensä, jos keho on maan pinnalla ja paikallaan, massan arvo on yhtä suuri kuin painon skalaari kilogrammoina. Käsitteiden välistä eroa selventävä taulukko näyttää tältä:

Paino Paino
Se on aineen omaisuus. Aina vakiona. Riippuu painovoiman toiminnasta.
Aineellinen esine ei ole koskaan nolla. Voi olla nolla tietyissä olosuhteissa.
Ei muutu sijainnin mukaan. Pienenee tai kasvaa eri puolilla maapalloa tai riippuen korkeudesta maan pinnan yläpuolella.
Se on skalaari. Vektori, joka osoittaa kohti maan keskustaa tai muuta painovoimakeskusta.
Voidaan mitata tasapainolla Mitattu jousitasapainolla.
Tyypillisesti mitattuna grammoina ja kilogrammoina. Voima- ja painoyksikkö on yksi - Newton (merkitty N: llä)

Tärkein massan erottava ominaisuus on, että klassisen dynamiikan osalta se on erityinen invariantti määrä kullekin keholle. Yleinen suhteellisuusteoria kuvaa massan siirtymistä energiaan ja päinvastoin.

Tavallisesti numeerinen arvo m: n ja P: n välillä maapallolla on ehdottomasti verrannollinen. Jokapäiväisellä tasolla, jotta saadaan selville tunnetun massan rungon paino, riittää, että muistat, että esineet painavat yleensä newtoneina noin 10 kertaa m: n arvon kilogrammoina.

Mittausmenetelmät

Itse asiassa paino voidaan mitata alustan reaktiovoimana massaan, joka näkyy sovelluskohdassa. Tämän voiman esiintymisen suuruus on yhtä suuri kuin haluttu P. Se voidaan määrittää käyttämällä jousivaaka. Koska painovoima, joka aiheuttaa ilmoitetun taipuman asteikolla, voi vaihdella paikasta toiseen, myös arvot eroavat toisistaan. Standardoimiseksi tämän tyyppinen mittari kalibroidaan aina tehtaalla arvoon 9,80665 m / s2 ja kalibroidaan sitten uudelleen siellä, missä sitä käytetään.

Vipumekanismia käytetään massan mittaamiseen. ... Koska kaikilla painovoiman muutoksilla on sama vaikutus tunnettuihin ja tuntemattomiin massaihin, tasapainomenetelmä sallii tuloksen olla sama missä tahansa maan päällä. Painotuskertoimet on tässä tapauksessa kalibroitu ja merkitty massayksikköinä, joten tasapainotusvivun avulla voit löytää massan vertaamalla vetovoiman vaikutusta kohdekohteeseen vaikutusta standardiin.

Весы

Jos painovoimakenttää ei ole kaukana suurista tähtitieteellisistä kappaleista, vivun tasapaino ei toimi, mutta esimerkiksi Kuulla se näyttää samat arvot kuin maapallolla. Jotkut näistä instrumenteista voidaan merkitä painoyksikköinä, mutta koska ne on kalibroitu tehtaalla vakiopainon mukaan, niissä näkyy P olosuhteille, joille ne on asetettu.

Tämä tarkoittaa, että säteen tasapainoa ei ole suunniteltu mittaamaan esineeseen vaikuttavaa paikallista painovoimaa. Tarkka paino voidaan määrittää laskemalla kertomalla massa vastaavista taulukoista paikallisella painovoima-arvolla.

Muilla planeetoilla

Планеты

Toisin kuin massa, kehon paino eri paikoissa vaihtelee painovoiman kiihtyvyyden arvon muutoksen mukaan. Painovoiman voimakkuus muilla planeetoilla sekä maapallolla riippuu paitsi niiden massasta myös siitä, kuinka kaukana pinta on painopisteestä.

Alla olevassa taulukossa esitetään vertailevat gravitaatiokiihdytykset muilla planeetoilla, Auringossa ja Kuussa. Kaasujättien (Jupiter, Saturnus, Uranus ja Neptunus) pinta tarkoittaa niiden ulkoisia pilvikerroksia, Auringolle - fotosfääriä. Taulukon arvot eivät sisällä keskipakokierrosta ja heijastavat pylväiden lähellä havaittua todellista painovoimaa.

Tähtitieteellinen esine Kuinka paljon painovoima ylittää Maan Pinnan kiihtyvyys m / s2
Aurinko 27.9 274.1
Elohopea 0,377 3.703
Venus 0,9032 8,872
Maa 1 9.8226
Kuu 0,1655 1,625
Mars 0,3895 3.728
Jupiter 2.64 25.93
Saturnus 1.139 11.19
Uranus 0,917 9.01
Neptunus 1.148 11.28

Saadaksesi oman painosi toisella planeetalla, sinun tarvitsee vain kertoa se vastaavan sarakkeen moninkertaisuusluvulla. Mitä lähempänä planeetan keskikohtaa mittaus tehdään, sitä suurempi arvo on, ja päinvastoin. Siksi huolimatta siitä, että Jupiterin painovoima sen valtavan massan vuoksi on 316 kertaa suurempi kuin Maan, paino pilvien tasolla, koska ne ovat kaukana massan keskipisteestä, ei näytä olevan vaikuttava kuin voisi odottaa.

Невесомость

Toinen mielenkiintoinen vaikutus, jota kutsutaan painottomuudeksi, on ominaista paitsi avaruudelle. Se voidaan havaita erilaisissa olosuhteissa ja maan päällä. Esimerkiksi vapaapudotuksessa ei ole tukea, johon voima kohdistuisi, mikä tarkoittaa, että paino on yhtä suuri kuin nolla huolimatta painovoiman ja massan kiihtyvyydestä.

Samanlainen ilmiö tapahtuu kansainvälisen avaruusaseman astronauttien kanssa kiertoradalla. Itse asiassa se putoaa aina asukkaidensa kanssa planeetan pinnalle, joten sen asukkaat ovat jatkuvasti painottomuudessa.

Täten päähän, joka selittää havaitut ilmiöt ja välttää sekoittumisen massaan, on seuraava: P-arvo mitataan aina kohteen ja vertailupinnan väliin asetetuilla kosketuspainoilla. Siksi vaa'alle asetettu runko, joka putoaa niiden mukana, ei aiheuta painetta laitteelle, ja asteikko näyttää vastaavasti nolla-arvon.

Siellä oli saksalainen tähtitieteilijä sukunimellä Bayer. Hän kehitti järjestelmän tähtien kirkkauden määrittämiseksi ja järjesti ne toisen kreikkalaisen aakkosen mukaisesti. Kirkkain alkoi kirjaimella "alfa", sitten "beeta" ja niin edelleen. Myöhemmin tiedemiehet eivät muuttaneet periaatetta tarkentamalla hänen järjestelmäänsä, he vain jakoivat kirkkaat tähdet: "alfa1", 2,3 jne.

текст при наведении

kirkas taivaan tähti merkinnällä "alfa1" "Regulus"

Fysiikassa paksuus sekä etäisyys (etäisyys) ja halkaisija on merkitty kirjaimella d.

Suunnitteluasiakirjoissa nimityksiä käytetään standardin GOST 2.321 mukaisesti.

Paksuus on merkitty kirjaimella s.

GOST: n mukainen kokonais- tai kokonaiskoko on merkitty isolla kirjaimella, mikä tarkoittaa, että kokonaispaksuus (kokonaispaksuus) on merkittävä kirjaimella S.

Kehä on kaikkien sivujen pituuksien summa (tai muodon kaikkien rajojen kokonaispituus). Lähes jokaisella muodolla on erilainen kaava kehälle, kuten alueelle.

Matematiikassa on yleensä tapana nimetä kuvan kehä latinalaisella "P" -kirjaimella.

Esimerkiksi kehäkaava näyttää tältä: P = 2 * (a + b).

Voit myös huomata, että ympyrän pituutta, joka on sen kehä (koska ympyrän tapauksessa sen pituus on kuvan raja), ei merkitä kirjaimella "P", vaan kirjaimella "C" tai jopa l. Mutta tämä on pikemminkin poikkeus säännöstä, kaikissa muissa tapauksissa se on merkitty kirjaimella "P".

Nopeus fysiikassa on kehon liikkeen kvantitatiivinen ominaisuus, se on merkitty kirjaimella V. Nopeus on numeerisesti yhtä suuri kuin kehon kulkeman polun (polkua merkitään S) aikayksikköä kohti aikaa merkitään t).

Nopeuden mittayksikkö on metri sekunnissa (m / s).

Samira Gadzhieva on kuuluisa Dagestanin näyttelijä ja laulaja, syntynyt Derbentissä 27. kesäkuuta 1991, asuu ja työskentelee tällä hetkellä Makhachkalassa, on kansalaisuudeltaan Lezginka.

Samira Hajiyevan kasvu on noin 172 senttimetriä, taiteilijalla on henkilökohtaisia ​​sivuja sosiaalisissa verkostoissa Instagram ja VKontakte.

On hämmästyttävää, kuinka moni ihminen, kun käyttää sanoja "massa" ja "paino", ei ymmärrä eroa fysiikan näkökulmasta ja tarkoittaa samaa. Samaan aikaan tämä ero on perustavanlaatuinen ja valtava ...

Paino

Aloitetaan massasta. Massa määrittää kehon inertiaaliset ominaisuudet. Mitä tämä tarkoittaa? Inertia on kehon kyky vastustaa liikkumistilan muutosta voiman vaikutuksesta. Yritä pysäyttää jalkapallo liikkuvan hitaus. Ja sitten - auto, joka liikkuu samalla nopeudella inertialla. Jälkimmäisessä tapauksessa on paljon vaikeampaa tehdä tämä, koska autossa on paljon asiaa. Ja voimme sanoa, että autolla on enemmän painoa. Massa mitataan kilogrammoina ja merkitään kirjaimella m... Paino on aina vakio.

Paino

Painon suhteen se on voimaa. Kuten mikä tahansa muu voima, se on vektorimäärä (jolla on toimintasuunta) ja se mitataan newtonit ... Määritelmän mukaan paino on voima, jolla keho vaikuttaa tukeen tai jousitukseen:

Вес и масса – вечная путаница

Jos 70 kg painava henkilö seisoo liikkumattomana lattialla, mitkä voimat vaikuttavat häneen klassisen mekaniikan näkökulmasta? Vain kaksi. Yksi niistä on painovoima, joka on suunnattu pystysuoraan alaspäin. Tämä on voima, jolla maapallo houkuttelee ihmistä, ja se on yhtä suuri kuin henkilön massan tulo mvapaapudotuksen kiihdytys g(Maapallolle - 9,81 m / s2, pyöristetään tämä arvo 10: een). Siten tämä voima on yhtä suuri kuin mg = 70 * 10 = 700H. Tämä voima mitataan usein myös kilo-voimana, kgf ... Sen arvo on yhtä suuri kuin 1 kg painavan ruumiin paino, siksi tavalliset ihmiset mittaavat painon usein kilogrammoina, ja siksi sekoitetaan usein painoon ja massaan.

Toinen voima on tuen reaktiovoima N... Henkilö painaa lattiaa, ja lattia vastustaa sitä - täsmälleen samalla voimalla kuin painovoima. Tämä voima on suunnattu vastakkaiseen suuntaan ja on yhtä suuri kuin painovoima. Kokonaisvoima on F = mg-N = 0 .

Voit kysyä - miksi tämä kaikki, jos painovoima ja paino ovat samat? Mitään sellaista, nämä ovat täysin erilaisia ​​asioita, ne vain yhtyvät tässä esimerkissä. Tarkastellaan astronauttia, joka nousee raketissa. Siihen vaikuttavat myös painovoima ja tuen reaktiovoima, mutta tämän lisäksi lisätään voima, joka työntää astronauttia ylöspäin raketin mukana. Tässä tapauksessa tuen reaktiovoima Nylittää painovoiman mg , ja astronautin paino kasvaa, hän kokee ylikuormituksen, vaikka painovoima ja astronautin massa eivät ole muuttuneet.

Вес и масса – вечная путаница

Itse asiassa paino on merkityksetön termi fyysikoille. Fysiikan näkökulmasta on oikein kutsua sitä yksinkertaisesti voimaksi, ja sana "paino" on vain kunnianosoitus kielelliselle perinteelle.

Maan olosuhteissa ihmiset yleensä yhdistävät painon ja massan, ja kaikkien asteikoiden asteikko on kalibroitu maan painovoiman mukaan. Painon ja massan vuorovaikutusta on kuitenkin erittäin mielenkiintoista havaita muissa olosuhteissa kuin maapallolla. Joten Kuulla painovoima on 6 kertaa pienempi kuin maan vastaavasti, myös astronautin paino on 6 kertaa pienempi. Tässä tapauksessa sen massa pysyy muuttumattomana. Jos yritämme lyödä naulaa kuun laudalle, vasara painaa 6 kertaa vähemmän. Mutta osuessaan päähän se vaikuttaa naulaan samalla voimalla kuin maapallolla, koska vasaran massa ei ole muuttunut.

Alarivi. Massa on minkä tahansa ruumiin erottamaton ominaisuus. Jos urheilun ydin massa- 7 kg on vaikea heittää maapallolle, yhtä vaikea on heittää se nollapainoon huolimatta siitä, että se on paino on nolla.

Jos pidit artikkelista, tilaa kanava, kerro siitä meille sosiaalisissa verkostoissa, ja yritämme olla menettämättä kasvojamme)

Добавить комментарий