Masa ciała w fizyce ℹ️ definicja, wzór, jak się ją mierzy, czym różni się od masy, od czego zależy siła ciężaru i co ją powoduje

Waga i masa to wieczny zamęt

Pojęcie i definicje

Masa (oznaczona literą m) to jedna z wielkości fizycznych, takich jak objętość, określająca ilość materii w obiekcie. Jest kilka zjawisk, które pozwalają to ocenić. Wśród teoretyków panuje opinia, że ​​niektóre z tych zjawisk mogą być od siebie niezależne, ale podczas eksperymentów nie stwierdzono różnic w wynikach z metody pomiarów mas:

  • Bezwładnościowy. Decyduje o tym odporność organizmu na przyspieszenie siłą.
  • Grawitacyjne czynne i pasywne. Mierzy się ją siłą oddziaływania pól grawitacyjnych obiektów.
Картинка

Osoba czuje, że ich masa styka się z inną powierzchnią. ... Może to być krzesło, firmament ziemi, krzesło astronauty podczas przyspieszania rakietą. W tych przykładach mówimy o wielkości, którą fizycy nazywają wagą i subiektywnie postrzeganej jako pozorna waga.

Jest równa rzeczywistej zmierzonej masie w prawie wszystkich przypadkach domowych, z następującymi wyjątkami:

  • Ciało otrzymuje przyspieszenie składową pionową w stosunku do podłoża. Na przykład w windzie lub w samolocie.
  • Oprócz grawitacji Ziemi na ciało działają inne siły - odśrodkowe, grawitacyjne innego od ciała, Archimedesa.

Podejście grawitacyjne

W większości przypadków przy definiowaniu pojęcia wagi (przyjętym oznaczeniem jest P, po łacinie piszemy jako pondus) stosuje się tzw. Definicję grawitacyjną. W podręcznikach fizyki wzór na wagę ciała opisuje wielkość jako siłę działającą na obiekt w wyniku grawitacji. W języku matematyki definiuje to wyrażenie P = mg gdzie:

Картинка 1
  • m jest masą;
  • g - przyspieszenie grawitacyjne.

Ze wzoru wynika, w czym mierzy się ciężar: ilościowo oblicza się go w tych samych jednostkach co siła. Dlatego zgodnie z Międzynarodowym Układem Jednostek (SI) P jest mierzone w niutonach.

Pole grawitacyjne Ziemi nie jest jednorodne i waha się w granicach 0,5% na całej powierzchni planety. W związku z tym wartość g jest również niestabilna. Ogólnie przyjęta wartość nazywana jest normą i równa 9,80665 m / s2. W różnych miejscach na powierzchni Ziemi rzeczywiste przyspieszenie grawitacyjne wynosi (m / s2):

Экватор
  • równik - 9,7803;
  • Sydney - 9,7968;
  • Moskwa - 9,8155;
  • Biegun północny - 9,8322.

W 1901 roku została ustanowiona trzecia Konferencja Generalna ds. Miar i Wag: waga oznacza ilość o takiej samej naturze jak siła, to znaczy zdefiniowała ją jako wektor, ponieważ siła jest wielkością wektorową. Niemniej jednak w niektórych podręcznikach fizyki do szkoły nadal przyjmuje się P jako skalar.

Definicja kontaktu

Inne podejście opisuje zjawisko z punktu widzenia zrozumienia, jaką siłą nazywamy masą ciała. W tym przypadku P jest określane przez procedurę ważenia i oznacza siłę, z jaką przedmiot działa na podporę. Takie podejście zakłada różne wyniki w zależności od szczegółów.

Картинка 2

Na przykład obiekt spadający swobodnie ma niewielki wpływ na podporę, jednak znajdowanie się w stanie nieważkości nie zmienia jego ciężaru zgodnie z definicją grawitacji. W konsekwencji takie podejście wymaga znalezienia badanego ciała w stanie spoczynku, pod działaniem standardowej grawitacji, bez wpływu siły odśrodkowej ruchu obrotowego Ziemi.

Ponadto detekcja kontaktu nie wyklucza zniekształcenia pływalności, co zmniejsza mierzoną wagę obiektu. W powietrzu na ciała działa również siła podobna do tej, która jest zanurzona w wodzie. W przypadku obiektów o małej gęstości efekt wpływu staje się bardziej zauważalny. Przykładem tego jest balon wypełniony helem o ujemnej wadze. Ogólnie rzecz biorąc, każde działanie ma zniekształcający wpływ na ciężar kontaktowy, na przykład:

Гравитация
  • Siła odśrodkowa. Gdy Ziemia obraca się, obiekty na jej powierzchni są poddawane siłom odśrodkowym, które są bardziej widoczne w kierunku równika.
  • Grawitacyjny wpływ innych ciał astronomicznych. Słońce i księżyc przyciągają obiekty na powierzchni Ziemi w różnym stopniu, w zależności od odległości. Wpływ ten jest nieznaczny na poziomie gospodarstwa domowego, ale wyraźnie znajduje odzwierciedlenie w takich zjawiskach, jak przypływy i odpływy morza.
  • Magnetyzm. Silne pola magnetyczne mogą powodować lewitację niektórych obiektów.

Historia koncepcji

Древнегреческие философы

Pojęcia grawitacji i lekkości jako nieodłączne właściwości ciał fizycznych wspomniane przez starożytnych filozofów greckich ... Platon opisał wagę jako naturalną skłonność przedmiotów do znajdowania własnego gatunku. Dla Arystotelesa lekkość była właściwością przywracania porządku podstawowych elementów: powietrza, ziemi, ognia i wody. Archimedes postrzegał ciężar jako przeciwieństwo pływalności. Pierwszą definicję kontaktu podał Euclid, opisując ilość jako lekkość jednej rzeczy w porównaniu z drugą, mierzoną równowagą.

Kiedy średniowieczni naukowcy odkryli, że w praktyce prędkość spadającego obiektu wzrastała w czasie. Zmienili pojęcie wagi, aby zachować związki przyczynowe między zjawiskami. Koncepcja została podzielona na ciała w spoczynku i te w upadku grawitacyjnym.

Znaczące wyniki teoretyczne osiągnął Galileusz, który doszedł do wniosku, że ilość jest proporcjonalna do ilości materii w obiekcie, a nie do prędkości jego ruchu, jak sugeruje fizyka Arystotelesa. Odkrycie przez Newtona prawa powszechnego ciążenia doprowadziło do fundamentalnego oddzielenia ciężaru od podstawowej właściwości obiektów związanych z bezwładnością. Naukowiec uznał czynniki środowiskowe i pływalność za zniekształcenie warunków pomiaru. W takich okolicznościach ukuł termin pozorna waga.

Эйнштейн

W XX wieku prace Einsteina zakwestionowały newtonowskie koncepcje czasu i przestrzeni. Teoria względności ustaw wszystkich obserwatorów, poruszających się i przyspieszających, w różnych warunkach. Doprowadziło to do niejasności co do tego, co dokładnie oznacza masa, która wraz z siłą grawitacji stała się wielkością zasadniczo zależną od ramy.

Niejednoznaczności generowane przez teorię względności doprowadziły do ​​poważnej debaty w społeczności nauczycielskiej na temat tego, jak definiować wagi uczniów i jak je nazywać. Wybór zaczął leżeć między zrozumieniem jej jako siły spowodowanej grawitacją Ziemi, a definicją kontaktu wynikającą z aktu ważenia.

Różnice w masie

Zamieszanie w zrozumieniu różnic między masą a wagą jest nieodłączne dla osób, które nie studiują szczegółowo fizyki. Jest na to proste wytłumaczenie - z reguły terminy te są używane zamiennie w życiu codziennym. W ogólnym przypadku, jeśli ciało znajduje się na powierzchni ziemi i jest nieruchome, wartość masy będzie równa skalarowi wagi w kilogramach. Tabela wyjaśniająca różnicę między pojęciami wygląda następująco:

Waga Waga
To własność materii. Zawsze stała. Zależy od działania grawitacji.
Przedmiot materialny nigdy nie jest zerowy. W pewnych warunkach może wynosić zero.
Nie zmienia się w zależności od lokalizacji. Zmniejsza się lub zwiększa w różnych miejscach Ziemi lub w zależności od wysokości nad jej powierzchnią.
To jest skalar. Wektor wskazujący w kierunku środka ziemi lub innego środka grawitacji.
Może być mierzony za pomocą wagi Mierzone za pomocą wagi sprężynowej.
Zwykle mierzony w gramach i kilogramach. Jednostką siły i ciężaru jest jeden - Newton (oznaczony jako N)

Główną cechą wyróżniającą masy jest to, że dla dynamiki klasycznej jest to określona niezmienna wielkość dla każdego ciała. Ogólna teoria względności opisuje przejście masy w energię i odwrotnie.

Zwykle wartość liczbowa między m a P na Ziemi jest ściśle proporcjonalna. Na co dzień, aby poznać wagę ciała o znanej masie, wystarczy pamiętać, że przedmioty zwykle ważą w niutonach około 10-krotność mw kilogramach.

Metody pomiaru

W rzeczywistości ciężar można mierzyć jako siłę reakcji wspornika na masę, pojawiającą się w miejscu przyłożenia. Wielkość wystąpienia tej siły jest równa wartości żądanej P. Można to określić za pomocą wagi sprężynowej. Ponieważ siła ciężkości, która powoduje odnotowane odchylenie na skali, może się różnić w zależności od miejsca, wartości również będą się różnić. W celu standaryzacji ten typ miernika jest zawsze kalibrowany fabrycznie na 9,80665 m / s2, a następnie ponownie kalibrowany w miejscu, w którym będzie używany.

Do pomiaru masy służy mechanizm dźwigniowy. ... Ponieważ wszelkie zmiany grawitacji będą miały taki sam wpływ na znane i nieznane masy, metoda bilansowania pozwala na uzyskanie takiego samego wyniku w każdym miejscu na Ziemi. Współczynniki wagowe w tym przypadku są kalibrowane i oznaczane w jednostkach masy, więc dźwignia równoważąca pozwala znaleźć masę, porównując efekt przyciągania obiektu docelowego z wpływem na wzorzec.

Весы

W przypadku braku pola grawitacyjnego z dala od dużych ciał astronomicznych balans dźwigni nie zadziała, ale np. Na Księżycu będzie pokazywał takie same wartości jak na Ziemi. Niektóre z tych przyrządów mogą być oznakowane w jednostkach wagi, ale ponieważ są one skalibrowane fabrycznie dla standardowej grawitacji, pokażą P dla warunków, dla których zostały ustawione.

Oznacza to, że waga belki nie jest przeznaczona do pomiaru lokalnej grawitacji działającej na obiekt. Dokładną wagę można określić, wykonując obliczenia, mnożąc masę przez lokalną wartość grawitacji z odpowiednich tabel.

Na innych planetach

Планеты

W przeciwieństwie do masy, masa ciała w różnych miejscach zmienia się w zależności od zmiany wartości przyspieszenia grawitacyjnego. Wielkość siły grawitacji na innych planetach, a także na Ziemi, zależy nie tylko od ich masy, ale także od tego, jak daleko powierzchnia znajduje się od środka ciężkości.

Poniższa tabela przedstawia porównawcze przyspieszenia grawitacyjne na innych planetach, Słońcu i Księżycu. Powierzchnia dla gazowych olbrzymów (Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna) oznacza ich zewnętrzne warstwy chmur, a dla Słońca - fotosferę. Wartości w tabeli nie uwzględniają rotacji odśrodkowej i odzwierciedlają rzeczywistą grawitację obserwowaną w pobliżu biegunów.

Obiekt astronomiczny Ile grawitacji przekracza Ziemię Przyspieszenie powierzchniowe m / s2
Słońce 27.9 274,1
Rtęć 0.377 3.703
Wenus 0,9032 8,872
Ziemia 1 9.8226
Księżyc 0,1655 1,625
Mars 0,3895 3.728
Jowisz 2.64 25,93
Saturn 1.139 11.19
Uran 0.917 9.01
Neptun 1.148 11.28

Aby uzyskać własną wagę na innej planecie, wystarczy ją pomnożyć przez liczbę krotności z odpowiedniej kolumny. Im bliżej środka planety zostanie wykonany pomiar, tym wyższa będzie wartość i odwrotnie. Dlatego pomimo tego, że siła grawitacyjna Jowisza ze względu na jego ogromną masę jest 316 razy większa niż Ziemi, ciężar na poziomie chmur, ze względu na ich dużą odległość od środka masy, nie wygląda tak imponujące, jak można się było spodziewać.

Невесомость

Kolejny ciekawy efekt, zwany nieważkością, jest charakterystyczny nie tylko dla przestrzeni. Można to zaobserwować w różnych okolicznościach i na Ziemi. Na przykład w swobodnym spadku nie ma podparcia, do którego byłaby przyłożona siła, co oznacza, że ​​ciężar będzie równy zeru, pomimo obecności przyspieszenia ziemskiego i masy.

Podobne zjawisko występuje u astronautów Międzynarodowej Stacji Kosmicznej na orbicie okołoziemskiej. W rzeczywistości zawsze spada wraz ze swoimi mieszkańcami na powierzchnię planety, więc jej mieszkańcy są stale w stanie nieważkości.

Zatem główna zasada wyjaśniająca obserwowane zjawiska i unikająca pomylenia z masą jest następująca: wartość P jest zawsze mierzona za pomocą ciężarków kontaktowych umieszczonych między obiektem a powierzchnią odniesienia. Dlatego ciało umieszczone na wadze i spadające z nimi nie będzie naciskać na urządzenie, a waga odpowiednio pokaże wartość zerową.

Był tam niemiecki astronom o nazwisku Bayer, który opracował system określania jasności gwiazd i ułożył je zgodnie z innym alfabetem greckim. Najjaśniejszy zaczynał się od litery „alfa”, potem „beta” i tak dalej. Później naukowcy nie zmienili zasady podczas udoskonalania jego systemu, po prostu rozprowadzili jasne gwiazdy: „alfa1”, 2,3 itd.

текст при наведении

jasna gwiazda nieba z oznaczeniem „alfa1” „Regulus”

W fizyce grubość, a także odległość (odległość) i średnica są oznaczone literą d.

W dokumentacji projektowej oznaczenia są stosowane zgodnie z GOST 2.321.

Grubość jest oznaczona literą s.

Całkowity lub całkowity rozmiar według GOST jest oznaczony wielką literą, co oznacza, że ​​całkowita (całkowita) grubość powinna być oznaczona literą S.

Obwód to suma długości wszystkich boków (lub całkowita długość wszystkich granic kształtu). Prawie każdy kształt ma inny wzór na obwód, podobnie jak w przypadku pola.

W matematyce z reguły obwód figury określa się łacińską literą „P”.

Na przykład wzór na obwód wygląda następująco: P = 2 * (a + b).

Można również zauważyć, że długość koła, który jest jego obwodem (ponieważ w przypadku koła jego długość jest granicą figury), jest oznaczona nie literą „P”, ale literą „C” lub nawet l. Ale to raczej wyjątek od reguły, we wszystkich innych przypadkach jest to oznaczone literą „P”.

Prędkość w fizyce jest ilościową charakterystyką ruchu ciała, jest oznaczona literą V. Prędkość jest liczbowo równa drodze (droga oznaczona przez S), którą przebywa ciało w jednostce czasu ( czas jest oznaczony przez t).

Jednostką miary prędkości jest metr na sekundę (m / s).

Samira Gadzhieva jest znaną dagestańską aktorką i piosenkarką, urodziła się w Derbent 27 czerwca 1991 roku, obecnie mieszka i pracuje w Machaczkała, jest narodowością Lezginka.

Wzrost Samiry Hajiyevy wynosi około 172 centymetry, artysta ma osobiste strony na portalach społecznościowych Instagram i VKontakte.

To niesamowite, jak wiele osób, używając słów „masa” i „waga”, nie rozumie ich różnicy z punktu widzenia fizyki i ma na myśli to samo. Tymczasem ta różnica jest fundamentalna i ogromna ...

Waga

Zacznijmy od mszy. Masa determinuje bezwładność ciała. Co to znaczy? Bezwładność to zdolność organizmu do przeciwstawiania się zmianie stanu jego ruchu pod wpływem siły. Spróbuj zatrzymać toczącą się piłkę przez bezwładność. A potem - samochód toczący się z tą samą prędkością przez bezwładność. W tym drugim przypadku jest to znacznie trudniejsze, ponieważ samochód ma dużo materii. I możemy powiedzieć, że samochód ma większą wagę. Masa jest mierzona w kilogramach i oznaczana literą m... Masa ciała jest zawsze stała.

Waga

Jeśli chodzi o wagę, to siła. Jak każda inna siła jest wielkością wektorową (mającą kierunek działania) i jest mierzona w niutony ... Z definicji ciężar to siła, z jaką ciało oddziałuje na podporę lub zawieszenie:

Вес и масса – вечная путаница

Jeśli osoba ważąca 70 kg stoi nieruchomo na podłodze, jakie siły na nią działają z punktu widzenia mechaniki klasycznej? Tylko dwa. Jedną z nich jest siła grawitacji skierowana pionowo w dół. Jest to siła, z jaką Ziemia przyciąga człowieka i jest równa iloczynowi masy człowieka mna przyspieszenie ziemskie g(dla Ziemi - 9,81 m / s2, zaokrąglijmy tę wartość do 10). Zatem ta siła będzie równa mg = 70 * 10 = 700H. Często ta siła jest również mierzona w kilogramach-sile, kgf ... Jego wartość jest równa masie ciała o masie 1 kg, dlatego zwykli ludzie często mierzą wagę w kilogramach i dlatego często pojawia się zamieszanie z wagą i masą.

Druga siła to siła reakcji podpory N... Osoba naciska na podłogę, a podłoga stawia jej opór - z dokładnie taką samą siłą, jak siła grawitacji. Siła ta jest skierowana w przeciwnym kierunku i jest równa wielkości sile grawitacji. Całkowita siła jest równa F = mg-N = 0 .

Możesz zapytać - po co to wszystko, skoro grawitacja i waga to jedno i to samo? Nic podobnego, to są zupełnie różne rzeczy, po prostu pokrywają się w tym przykładzie. Weźmy pod uwagę astronautę w startującej rakiecie. Oddziałuje na nią również siła grawitacji i siła reakcji wspornika, ale do tego dochodzi siła, która wypycha astronautę w górę wraz z rakietą. W tym przypadku siła reakcji podpory Nprzekroczy grawitację mg , a waga astronauty wzrośnie, doświadczy przeciążenia, chociaż siła grawitacji i masa astronauty nie uległy zmianie.

Вес и масса – вечная путаница

W rzeczywistości waga jest nieistotnym terminem dla fizyków. Z punktu widzenia fizyki bardziej słuszne jest nazywanie tego po prostu siłą, a słowo „waga” jest tylko hołdem dla tradycji językowej.

W warunkach ziemskich ludzie zwykle utożsamiają wagę i masę, a skala wszystkich wag jest skalibrowana dla ziemskiej grawitacji. Jednak interakcja ciężaru i masy jest bardzo interesująca w warunkach innych niż ziemskie. Tak więc na Księżycu siła grawitacji jest 6 razy mniejsza niż na Ziemi, odpowiednio waga astronauty będzie również 6 razy mniejsza. W takim przypadku jego masa pozostanie niezmieniona. Jeśli spróbujemy wbić gwóźdź w deskę na Księżycu, młotek waży 6 razy mniej. Ale uderzając w głowę, będzie działał na gwóźdź z taką samą siłą jak na Ziemi, ponieważ masa młotka się nie zmieniła.

Konkluzja. Msza jest nieodłączną własnością każdego ciała. Jeśli rdzeń sportowy masa 7 kg ciężko wrzucić na Ziemię, równie ciężko będzie wrzucić go w stanie nieważkości, mimo że waga będzie wynosić zero.

Jeśli podobał Ci się artykuł, zasubskrybuj kanał, opowiedz o tym w sieciach społecznościowych, a my postaramy się nie stracić twarzy)

Добавить комментарий