Kroppsvikt i fysik definition️ definition, formel, hur den mäts, hur den skiljer sig från massa, vad vikten beror på och vad som orsakar den

Vikt och massa är evig förvirring

Koncept och definitioner

Massa (betecknas med bokstaven m) är en av de fysiska storheterna, såsom volym, som bestämmer mängden materia i ett objekt. Det finns flera fenomen som gör det möjligt att utvärdera det. Det finns en uppfattning bland teoretiker att vissa av dessa fenomen kan vara oberoende av varandra, men under experimenten hittades inga skillnader i resultaten från metoden för massmätningar:

  • Tröghet. Det bestäms av kroppens motstånd mot acceleration med våld.
  • Aktiv och passiv gravitation. Det mäts av interaktionskraften mellan föremålens gravitationsfält.
Картинка

En person känner sin massa i kontakt med en annan yta. ... Det kan vara en stol, jordens himmel, en astronautstol medan den accelererar i en raket. I dessa exempel talar vi om en mängd som fysiker kallar vikt och subjektivt uppfattas som en uppenbar vikt.

Den är lika med den faktiska uppmätta massan i nästan alla inhemska fall, med följande undantag:

  • Kroppen får acceleration med en vertikal komponent i förhållande till marken. Till exempel i en hiss eller ett flygplan.
  • Förutom jordens tyngdkraft verkar andra krafter på kroppen - centrifugal, gravitation av en annan från kroppen, Archimedean.

Gravitationsstrategi

I de flesta fall, när man definierar begreppet vikt (den accepterade beteckningen är P, på latin skrivs den som pondus) används den så kallade gravitationsdefinitionen. I fysikläroböcker beskriver viktformeln för en kropp en kvantitet som en kraft som verkar på ett objekt som ett resultat av tyngdkraften. På matematikens språk definieras detta av uttrycket P = mg var:

Картинка 1
  • m är massan;
  • g - gravitationell acceleration.

Formeln antyder vad vikten mäts i: kvantitativt beräknas den i samma enheter som kraften. Därför, enligt International System of Units (SI), mäts P i Newton.

Jordens gravitationsfält är inte enhetligt och varierar inom 0,5% över planetens yta. Följaktligen är värdet på g också instabilt. Det allmänt accepterade värdet kallas standard och är lika med 9,80665 m / s2. På olika ställen på jordens yta är den faktiska gravitationsacceleration (m / s2):

Экватор
  • ekvatorn - 9,7803;
  • Sydney - 9.7968;
  • Moskva - 9.8155;
  • Nordpolen - 9.8322.

År 1901 inrättades den tredje generalkonferensen om vikter och mått: vikt betyder kvantitet av samma natur som kraft, det vill säga den definierade den som en vektor, eftersom kraft är en vektormängd. Ändå tar vissa skolfysiska läroböcker fortfarande P för en skalär.

Kontaktdefinition

Ett annat tillvägagångssätt beskriver fenomenet ur synpunkten att förstå vilken kraft som kallas kroppsvikt. I detta fall bestäms P av vägningsproceduren och betyder den kraft med vilken objektet verkar på stödet. Detta tillvägagångssätt förutsätter olika resultat beroende på detaljerna.

Картинка 2

Till exempel har ett objekt i fritt fall liten effekt på bäraren, men att vara i noll tyngdkraft ändrar inte dess vikt i enlighet med gravitationsdefinitionen. Följaktligen kräver ett sådant tillvägagångssätt att hitta den undersökta kroppen i vila, under inverkan av standard gravitation, utan påverkan av centrifugalkraften i jordens rotation.

Dessutom utesluter kontaktdetektering inte flytförvrängning, vilket minskar objektets uppmätta vikt. I luften påverkas kroppar också av en kraft som liknar den som är nedsänkt i vatten. För objekt med låg densitet blir effekten av påverkan mer märkbar. Ett exempel på detta är en heliumfylld ballong med negativ vikt. I allmänhet har varje åtgärd en snedvridande effekt på kontaktvikten, till exempel:

Гравитация
  • Centrifugalkraft. När jorden roterar utsätts föremål på ytan för centrifugalkrafter som är mer uttalade mot ekvatorn.
  • Gravitationspåverkan från andra astronomiska kroppar. Solen och månen lockar föremål på jordytan i varierande grad, beroende på avståndet. Detta inflytande är obetydligt på hushållsnivå, men avspeglas märkbart i sådana fenomen som havets ebb och flöde.
  • Magnetism. Starka magnetfält kan orsaka att vissa drabbade föremål flyter.

Konceptets historia

Древнегреческие философы

Begreppen gravitation och lätthet som fysiska kroppars inneboende egenskaper nämns av antika grekiska filosofer ... Platon beskrev vikt som föremålens naturliga tendens att hitta sin egen typ. För Aristoteles var lätthet en egenskap för att återställa ordningen på de grundläggande elementen: luft, jord, eld och vatten. Archimedes betraktade vikt som motsatsen till flytkraft. Den första kontaktdefinitionen gavs av Euclid, som beskriver kvantiteten som lättheten hos en sak jämfört med en annan, mätt genom balans.

När medeltida forskare upptäckte att i fallet ökade hastigheten på ett fallande föremål över tiden. De ändrade begreppet vikt för att bevara orsakssamband mellan fenomen. Konceptet delades upp för kroppar i vila och de som är i gravitation.

Betydande resultat i teorin uppnåddes av Galileo, som kom till slutsatsen att kvantiteten är proportionell mot mängden materia i objektet, och inte till hastigheten på dess rörelse, vilket föreslås av Aristoteles fysik. Newtons upptäckt av lagen om universell gravitation ledde till en grundläggande separering av vikt från den grundläggande egenskapen hos föremål som är associerade med tröghet. Forskaren ansåg att miljöfaktorer och flytkraft var en snedvridning av mätförhållandena. Under sådana omständigheter myntade han termen uppenbar vikt.

Эйнштейн

Under 1900-talet utmanades newtonska begrepp om absolut tid och rymd av Einsteins arbete. Relativitetsteorin sätta alla observatörer, rörande och accelererande, i olika förhållanden. Detta har lett till tvetydighet vad exakt menas med massa, som tillsammans med gravitationskraft har blivit en väsentligen ramberoende kvantitet.

De tvetydigheter som genereras av relativitet har lett till en seriös debatt i lärarsamhället om hur man definierar vikter för studenter och vad man ska kalla dem. Valet började ligga mellan förståelsen av den som en kraft orsakad av jordens allvar, och kontaktdefinitionen som uppstod från vägningen.

Skillnader med massa

Förvirring i att förstå hur massa skiljer sig från vikt är inneboende för människor som inte studerar fysik i detalj. Det finns en enkel förklaring till detta - som regel används dessa termer omväxlande i vardagen. I allmänhet, om kroppen är på jordens yta och är orörlig, kommer massvärdet att vara lika med vikten i vikt i kg. En tabell som klargör skillnaden mellan begreppen ser ut så här:

Vikt Vikten
Det är materiens egendom. Alltid konstant. Beror på gravitationens verkan.
Ett materiellt objekt är aldrig noll. Kan vara noll under vissa förhållanden.
Ändras inte beroende på plats. Minskar eller ökar på olika platser på jorden eller beroende på höjden ovanför dess yta.
Det är en skalär. En vektor som pekar mot jordens centrum eller ett annat gravitationscentrum.
Kan mätas med balans Mätt med fjäderbalans.
Normalt uppmätt i gram och kilogram. Enheten för kraft och vikt är en - Newton (betecknad N)

Den huvudsakliga särskiljande egenskapen hos massa är att det för klassisk dynamik är en specifik invariant kvantitet för varje kropp. Allmän relativitet beskriver övergången av massa till energi och vice versa.

Vanligtvis är det numeriska värdet mellan m och P på jorden strikt proportionellt. För att ta reda på vikten av en kropp med en känd massa är det nog att komma ihåg att föremål vanligtvis väger i newton ungefär 10 gånger värdet av m i kg.

Mätmetoder

I själva verket kan vikten mätas som reaktionskraften för bäraren till massan, uppträdande vid appliceringspunkten. Storleken på förekomsten av denna kraft är lika i värde till önskad P. Den kan bestämmas med hjälp av en fjäderbalans. Eftersom tyngdkraften som orsakar den rapporterade avböjningen på skalan kan variera från plats till plats, kommer också värdena att skilja sig. För standardisering kalibreras denna typ av mätare alltid från fabrik till 9,80665 m / s2 och kalibreras sedan där den kommer att användas.

En spakmekanism används för att mäta massan. ... Eftersom allvarliga förändringar i gravitationen kommer att ha samma effekt på kända och okända massor tillåter balansmetoden att resultatet blir detsamma var som helst på jorden. Viktningsfaktorerna i detta fall är kalibrerade och märkta i massaenheter, så balanseringsspaken gör att du kan hitta massan genom att jämföra effekten av attraktion på målobjektet med effekten på standarden.

Весы

I avsaknad av ett gravitationsfält långt från stora astronomiska kroppar, fungerar inte balansen i spaken, men till exempel på månen kommer den att visa samma värden som på jorden. Några av dessa instrument kan märkas i viktenheter, men eftersom de är kalibrerade på fabriken för standardvikt, kommer de att visa P för de förhållanden för vilka de är inställda.

Detta innebär att strålbalansen inte är utformad för att mäta den lokala tyngdkraften som verkar på ett objekt. Den exakta vikten kan bestämmas genom beräkning genom att multiplicera massan med det lokala tyngdkraftsvärdet från motsvarande tabeller.

På andra planeter

Планеты

Till skillnad från massa varierar kroppsvikt på olika platser beroende på förändringen i gravitationsaccelerationens värde. Tyngdkraftens storlek på andra planeter såväl som på jorden beror inte bara på deras massa utan också på hur långt ytan är från tyngdpunkten.

Tabellen nedan visar de jämförande gravitationsaccelerationerna på andra planeter, solen och månen. Ytan för gasjättar (Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus) betyder deras yttre molnskikt för solen - fotosfären. Värdena i tabellen inkluderar inte centrifugalrotation och återspeglar den faktiska tyngdkraften som observerats nära polerna.

Astronomiskt objekt Hur mycket tyngdkraften överstiger jorden Ytacceleration m / s2
Solen 27.9 274.1
Kvicksilver 0,377 3,703
Venus 0,9032 8,872
Jorden 1 9,8226
Måne 0,1665 1 625
Mars 0,3895 3.728
Jupiter 2.64 25,93
Saturnus 1.139 11.19
Uranus 0,917 9.01
Neptun 1.148 11.28

För att få din egen vikt på en annan planet behöver du bara multiplicera den med multiplicitetsnumret från motsvarande kolumn. Ju närmare mitten av planeten mätningen görs, desto högre blir värdet och tvärtom. Trots det faktum att gravitationskraften hos Jupiter på grund av dess enorma massa är 316 gånger högre än den på jorden, ser vikten vid molnnivån inte ut på grund av deras stora avstånd från masscentrum. imponerande som man kan förvänta sig.

Невесомость

En annan intressant effekt, kallad viktlöshet, är inte bara karaktäristisk för rymden. Det kan observeras under olika omständigheter och på jorden. Till exempel, i fritt fall finns det inget stöd för vilket en kraft skulle appliceras, vilket innebär att vikten kommer att vara lika med noll, trots närvaron av tyngdkraftsacceleration och massa.

Ett liknande fenomen inträffar med astronauterna från den internationella rymdstationen i jordens omlopp. I själva verket faller den alltid med sina invånare till planetens yta, så dess invånare befinner sig ständigt i viktlöshet.

Således är huvudregeln som förklarar de observerade fenomenen och undviker förväxling med massa följande: värdet på P mäts alltid med hjälp av kontaktvikter placerade mellan objektet och referensytan. Det är därför en kropp som placeras på vågen och faller med dem inte kommer att trycka på enheten, och skalan visar därmed ett nollvärde.

Det fanns en tysk astronom med efternamnet Bayer. Han utvecklade ett system för att bestämma stjärnornas ljusstyrka och ordnade dem i enlighet med det andra grekiska alfabetet. Det ljusaste började med bokstaven "alfa", sedan "beta" och så vidare. Senare ändrade inte forskarna principen när de förädlade hans system, de distribuerade bara de ljusa stjärnorna: "alpha1", 2,3 etc.

текст при наведении

ljus himmelstjärna med beteckningen "alpha1" "Regulus"

I fysik betecknas tjocklek, såväl som avstånd (avstånd) och diameter, med bokstaven d.

I designdokumentationen används beteckningar enligt GOST 2.321.

Tjockleken indikeras av bokstaven s.

Den totala eller totala storleken enligt GOST indikeras med en stor bokstav, vilket innebär att den totala (totala) tjockleken ska anges med bokstaven S.

Omkretsen är summan av längden på alla sidor (eller den totala längden på alla formens gränser). Nästan varje form har en annan formel för omkretsen, vilket är fallet med området.

I matematik är det som regel vanligt att beteckna omkretsen av en figur med den latinska bokstaven "P".

Till exempel ser omkretsformeln ut så här: P = 2 * (a + b).

Du kan också notera det faktum att längden på en cirkel, som är dess omkrets (eftersom i fallet med en cirkel, dess längd är gränsen för figuren), betecknas inte med bokstaven "P" utan med bokstaven "C" eller till och med l. Men detta är snarare ett undantag från regeln, i alla andra fall indikeras det med bokstaven "P".

Hastighet i fysik är en kvantitativ egenskap för en kropps rörelse, den betecknas med bokstaven V. Hastigheten är numeriskt lika med vägen (banan betecknas med S) som korsas av kroppen per tidsenhet ( tid betecknas med t).

Måttenheten för hastighet är meter per sekund (m / s).

Samira Gadzhieva är en berömd dagestansk skådespelerska och sångare, föddes i Derbent den 27 juni 1991, bor och arbetar för närvarande i Makhachkala, är en Lezginka av nationalitet.

Samira Hajiyevas tillväxt är cirka 172 centimeter, konstnären har personliga sidor på de sociala nätverken Instagram och VKontakte.

Det är fantastiskt hur många människor, när de använder orden "massa" och "vikt", inte förstår deras skillnad ur fysikens synvinkel och betyder samma sak. Under tiden är denna skillnad grundläggande och enorm ...

Vikt

Låt oss börja med massan. Mass bestämmer kroppens tröghetsegenskaper. Vad betyder det här? Tröghet är kroppens förmåga att motstå en förändring i dess rörelsestillstånd under påverkan av kraft. Försök att stoppa en fotboll som rullar av tröghet. Och sedan - en bil som rullar i samma hastighet av tröghet. I det sistnämnda fallet är det mycket svårare att göra detta, eftersom bilen har mycket materia. Och vi kan säga att bilen har mer vikt. Massan mäts i kilogram och betecknas med bokstaven m... Kroppsvikt är alltid konstant.

Vikten

När det gäller vikt är det styrka. Liksom alla andra krafter är det en vektormängd (som har en verkningsriktning) och den mäts i newton ... Per definition är vikt den kraft med vilken en kropp verkar på ett stöd eller upphängning:

Вес и масса – вечная путаница

Om en person som väger 70 kg står orörlig på golvet, vilka krafter påverkar honom ur den klassiska mekanikens synvinkel? Bara två. En av dem är tyngdkraften riktad vertikalt nedåt. Detta är den kraft med vilken jorden lockar en person, och den är lika med produkten av personens massa mpå acceleration av tyngdkraften g(för jorden - 9,81 m / s2, låt oss avrunda detta värde upp till 10). Således kommer denna kraft att vara lika med mg = 70 * 10 = 700H. Ofta mäts också denna kraft i kilokraft, kgf ... Dess värde är lika med vikten på en kropp som väger 1 kg, därför mäter vanliga människor ofta vikt i kilo och det är därför som förvirring ofta uppstår med vikt och massa.

Den andra kraften är stödets reaktionskraft N... Personen trycker på golvet och golvet motstår det - med exakt samma kraft som tyngdkraften. Denna kraft riktas i motsatt riktning och är lika stor som tyngdkraften. Den totala kraften är lika med F = mg-N = 0 .

Du kanske frågar - varför allt detta om tyngdkraften och vikten är samma? Inget av detta slag, det här är helt olika saker, de sammanfaller bara i detta exempel. Tänk på en astronaut i en raket som tar fart. Det påverkas också av tyngdkraften och stödets reaktionskraft, men utöver detta läggs den kraft som skjuter astronauten uppåt tillsammans med raketen. I detta fall är stödets reaktionskraft Növerstiger tyngdkraften mg , och astronautens vikt kommer att öka, kommer han att uppleva en överbelastning, även om tyngdkraften och astronautens massa inte har förändrats.

Вес и масса – вечная путаница

Faktum är att vikt är en obetydlig term för fysiker. Ur fysikens synvinkel är det mer korrekt att kalla det helt enkelt kraft, och ordet "vikt" är bara en hyllning till den språkliga traditionen.

Under markbundna förhållanden likställer folk vanligtvis vikt och massa, och skalan för alla skalor kalibreras för terrestrisk gravitation. Samspelet mellan vikt och massa är dock mycket intressant att observera under andra förhållanden än jorden. Så på månen är tyngdkraften 6 gånger mindre än jordens, respektive, astronautens vikt kommer också att vara 6 gånger mindre. I detta fall kommer dess massa att vara oförändrad. Om vi ​​försöker hamra en spik i en bräda på månen, kommer hammaren att väga 6 gånger mindre. Men när du slår på huvudet kommer det att verka på nageln med samma kraft som på jorden, eftersom hammarens massa inte har förändrats.

Slutsats. Massa är en oskiljaktig egenskap hos alla kroppar. Om sportkärnan massa 7 kg är svårt att kasta på jorden, det kommer att vara lika svårt att kasta det i tyngdkraften trots det vikten kommer att vara noll.

Om du gillade artikeln, prenumerera på kanalen, berätta om den på sociala nätverk så försöker vi inte tappa ansiktet)

Добавить комментарий