Trọng lượng cơ thể trong vật lý ℹ️ định nghĩa, công thức, cách đo, nó khác với khối lượng như thế nào, lực của trọng lượng phụ thuộc vào điều gì và nguyên nhân

Trọng lượng và khối lượng là sự nhầm lẫn vĩnh viễn

Khái niệm và định nghĩa

Khối lượng (ký hiệu bằng chữ m) là một trong những đại lượng vật lý, chẳng hạn như thể tích, xác định lượng vật chất trong một vật thể. Có một số hiện tượng giúp chúng ta có thể đánh giá nó. Có ý kiến ​​giữa các nhà lý thuyết cho rằng một số hiện tượng này có thể độc lập với nhau, nhưng trong quá trình thí nghiệm, kết quả của phương pháp đo khối lượng không có sự khác biệt nào:

  • Quán tính. Nó được xác định bởi lực cản của cơ thể đối với gia tốc.
  • Trọng trường chủ động và thụ động. Nó được đo bằng lực tương tác của trường hấp dẫn của các vật thể.
Картинка

Một người cảm thấy khối lượng của họ tiếp xúc với bề mặt khác. ... Nó có thể là một chiếc ghế, vật vững chắc của trái đất, một chiếc ghế của phi hành gia khi đang tăng tốc trong tên lửa. Trong những ví dụ này, chúng ta đang nói về một đại lượng mà các nhà vật lý gọi là trọng lượng, và được nhìn nhận một cách chủ quan như một trọng lượng biểu kiến.

Nó bằng với khối lượng thực tế đo được trong hầu hết các trường hợp trong nước, với các ngoại lệ sau:

  • Cơ thể nhận được gia tốc có thành phần thẳng đứng so với mặt đất. Ví dụ, trong thang máy hoặc máy bay.
  • Ngoài lực hấp dẫn của Trái đất, các lực khác tác động lên cơ thể - lực ly tâm, lực hấp dẫn của một lực khác từ cơ thể, Archimedean.

Phương pháp tiếp cận hấp dẫn

Trong hầu hết các trường hợp, khi xác định khái niệm trọng lượng (ký hiệu được chấp nhận là P, trong tiếng Latinh nó được viết là aous), cái gọi là định nghĩa trọng lượng được sử dụng. Trong sách giáo khoa vật lý, công thức trọng lượng của một vật mô tả một đại lượng như một lực tác dụng lên một vật là kết quả của trọng lực. Trong ngôn ngữ toán học, điều này được định nghĩa bằng biểu thức P = mg Ở đâu:

Картинка 1
  • m là khối lượng;
  • g - gia tốc trọng trường.

Công thức này ngụ ý trọng lượng được đo bằng gì: về mặt định lượng, nó được tính bằng đơn vị tương tự như lực. Do đó, theo Hệ đơn vị quốc tế (SI), P được đo bằng Newton.

Trường hấp dẫn của Trái đất không đồng nhất và thay đổi trong khoảng 0,5% trên bề mặt hành tinh. Theo đó, giá trị của g cũng không ổn định. Giá trị được chấp nhận chung được gọi là tiêu chuẩn và bằng 9,80665 m / s2. Ở những nơi khác nhau trên bề mặt Trái đất, gia tốc trọng trường thực tế là (m / s2):

Экватор
  • đường xích đạo - 9,7803;
  • Sydney - 9,7968;
  • Mátxcơva - 9,8155;
  • Cực Bắc - 9,8322.

Năm 1901, Đại hội lần thứ ba về Trọng lượng và Đo lường đã thành lập: trọng lượng có nghĩa là đại lượng có cùng bản chất với lực, nghĩa là nó định nghĩa nó như một vectơ, vì lực là một đại lượng vectơ. Tuy nhiên, một số sách giáo khoa vật lý ở trường học vẫn lấy P làm đại lượng vô hướng.

Định nghĩa liên hệ

Một cách tiếp cận khác mô tả hiện tượng trên quan điểm hiểu lực được gọi là trọng lượng cơ thể. Trong trường hợp này, P được xác định bằng quy trình cân và có nghĩa là lực mà vật tác dụng lên giá đỡ. Cách tiếp cận này giả định các kết quả khác nhau tùy thuộc vào các chi tiết.

Картинка 2

Ví dụ, một vật thể rơi tự do ít ảnh hưởng đến giá đỡ, tuy nhiên, ở trạng thái không trọng lực, trọng lượng của nó không thay đổi theo định nghĩa hấp dẫn. Do đó, cách tiếp cận như vậy đòi hỏi phải tìm thấy cơ thể được điều tra ở trạng thái nghỉ ngơi, dưới tác dụng của trọng lực tiêu chuẩn, mà không bị ảnh hưởng bởi lực ly tâm của chuyển động quay của Trái đất.

Ngoài ra, việc phát hiện tiếp xúc không loại trừ sự biến dạng lực nổi, làm giảm trọng lượng đo được của vật thể. Trong không khí, các vật thể cũng chịu tác dụng của một lực tương tự như lực ngâm trong nước. Đối với các đối tượng có mật độ thấp, ảnh hưởng của ảnh hưởng càng trở nên đáng chú ý. Một ví dụ về điều này là một quả bóng bay chứa đầy khí heli có trọng lượng âm. Theo nghĩa chung, bất kỳ hành động nào cũng có tác động làm sai lệch trọng lượng tiếp xúc, ví dụ:

Гравитация
  • Lực ly tâm. Khi Trái đất quay, các vật thể trên bề mặt chịu lực ly tâm rõ rệt hơn về phía xích đạo.
  • Ảnh hưởng hấp dẫn của các thiên thể thiên văn khác. Mặt trời và mặt trăng hút các vật thể trên bề mặt trái đất ở các mức độ khác nhau, tùy thuộc vào khoảng cách. Ảnh hưởng này không đáng kể ở cấp độ hộ gia đình, nhưng được phản ánh đáng kể qua các hiện tượng như nước biển lên xuống.
  • Từ tính. Từ trường mạnh có thể khiến một số vật thể bị ảnh hưởng bay lên.

Lịch sử của khái niệm

Древнегреческие философы

Các khái niệm về trọng lực và độ nhẹ như các thuộc tính vốn có của các cơ thể vật chất được đề cập bởi các nhà triết học Hy Lạp cổ đại ... Plato mô tả trọng lượng là xu hướng tự nhiên của các vật thể để tìm đồng loại của chúng. Đối với Aristotle, sự nhẹ nhàng là một đặc tính trong việc khôi phục trật tự của các yếu tố cơ bản: không khí, đất, lửa và nước. Archimedes coi trọng lượng là đối lập với sức nổi. Định nghĩa liên hệ đầu tiên được đưa ra bởi Euclid, mô tả đại lượng là độ đậm nhạt của một vật so với vật khác, được đo bằng sự cân bằng.

Khi các nhà khoa học thời Trung cổ phát hiện ra rằng trong thực tế, tốc độ rơi của một vật thể tăng lên theo thời gian. Họ đã thay đổi khái niệm về trọng lượng để bảo toàn mối quan hệ nhân quả giữa các hiện tượng. Khái niệm này được chia cho các vật thể ở trạng thái nghỉ và những vật thể rơi vào trọng trường.

Galileo đã đạt được những kết quả đáng kể về mặt lý thuyết, người đã đi đến kết luận rằng số lượng tỷ lệ thuận với lượng vật chất trong vật thể, chứ không phải với tốc độ chuyển động của nó, như đề xuất của vật lý học Aristotle. Sự khám phá ra định luật vạn vật hấp dẫn của Newton đã dẫn đến sự tách rời cơ bản của trọng lượng khỏi thuộc tính cơ bản của các vật thể gắn liền với quán tính. Các nhà khoa học coi các yếu tố môi trường và lực nổi là sự biến dạng của các điều kiện đo. Đối với những trường hợp như vậy, ông đã đặt ra thuật ngữ trọng lượng biểu kiến.

Эйнштейн

Trong thế kỷ 20, các khái niệm của Newton về thời gian và không gian tuyệt đối đã bị thách thức bởi công trình của Einstein. Thuyết tương đối đặt tất cả các quan sát viên, di chuyển và tăng tốc, trong các điều kiện khác nhau. Điều này đã dẫn đến sự mơ hồ về ý nghĩa chính xác của khối lượng, cái mà cùng với lực hấp dẫn, đã trở thành một đại lượng về cơ bản phụ thuộc vào khung.

Sự mơ hồ được tạo ra bởi thuyết tương đối đã dẫn đến cuộc tranh luận nghiêm trọng trong cộng đồng giảng dạy về cách xác định trọng số cho học sinh và cái gì nên được gọi là trọng số. Sự lựa chọn bắt đầu nằm giữa sự hiểu biết về nó như một lực gây ra bởi lực hấp dẫn của Trái đất, và định nghĩa liên hệ phát sinh từ hành động cân.

Sự khác biệt với khối lượng

Sự bối rối trong việc hiểu khối lượng khác với trọng lượng như thế nào vốn có đối với những người không nghiên cứu vật lý chi tiết. Có một lời giải thích đơn giản cho điều này - theo quy luật, những thuật ngữ này được sử dụng thay thế cho nhau trong cuộc sống hàng ngày. Trong trường hợp chung, nếu vật thể ở trên bề mặt trái đất và bất động, giá trị khối lượng sẽ bằng vô hướng của trọng lượng tính bằng kilôgam. Một bảng làm rõ sự khác biệt giữa các khái niệm trông như thế này:

Cân nặng Cân nặng
Nó là một thuộc tính của vật chất. Luôn luôn không đổi. Phụ thuộc vào tác dụng của trọng lực.
Một đối tượng vật chất không bao giờ là không. Có thể bằng không trong những điều kiện nhất định.
Không thay đổi tùy theo vị trí. Giảm hoặc tăng ở những nơi khác nhau của Trái đất hoặc tùy thuộc vào độ cao trên bề mặt của nó.
Nó là một vô hướng. Một vectơ hướng vào tâm trái đất hoặc một trung tâm hấp dẫn khác.
Có thể đo bằng sự cân bằng Đo bằng lò xo cân bằng.
Thường được đo bằng gam và kilôgam. Đơn vị của lực và trọng lượng là một - Newton (ký hiệu là N)

Đặc tính phân biệt chính của khối lượng là đối với động lực học cổ điển, nó là một đại lượng bất biến cụ thể cho mỗi vật thể. Thuyết tương đối rộng mô tả sự chuyển đổi khối lượng thành năng lượng và ngược lại.

Thông thường, giá trị số giữa m và P trên Trái đất là tỷ lệ thuận. Ở cấp độ hàng ngày, để tìm ra trọng lượng của một vật có khối lượng đã biết, cần nhớ rằng các vật thể thường nặng bằng Newton xấp xỉ 10 lần giá trị của m tính bằng kilogam.

Phương pháp đo lường

Trên thực tế, trọng lượng có thể được đo như phản lực của giá đỡ lên khối lượng, xuất hiện tại điểm tác dụng. Độ lớn của lực này có giá trị bằng P cần thiết có thể được xác định bằng cách sử dụng cân bằng lò xo. Vì lực hấp dẫn gây ra độ lệch được báo cáo trên thang đo có thể thay đổi theo từng nơi, các giá trị cũng sẽ khác nhau. Để tiêu chuẩn hóa, loại đồng hồ này luôn được hiệu chuẩn tại nhà máy về 9,80665 m / s2 và sau đó được hiệu chuẩn lại ở nơi nó sẽ được sử dụng.

Một cơ cấu đòn bẩy được sử dụng để đo khối lượng ... Vì bất kỳ sự thay đổi nào của lực hấp dẫn sẽ có cùng tác động đến các khối lượng đã biết và chưa biết, phương pháp cân bằng cho phép kết quả giống nhau ở bất kỳ đâu trên Trái đất. Các yếu tố trọng lượng trong trường hợp này được hiệu chuẩn và đánh dấu theo đơn vị khối lượng, do đó, đòn bẩy cân bằng cho phép bạn tìm khối lượng bằng cách so sánh tác động của lực hút lên vật thể mục tiêu với tác động lên tiêu chuẩn.

Весы

Trong trường hợp không có trường hấp dẫn ở xa các thiên thể lớn, sự cân bằng của đòn bẩy sẽ không hoạt động, nhưng, ví dụ, trên Mặt trăng, nó sẽ hiển thị các giá trị tương tự như trên Trái đất. Một số dụng cụ này có thể được dán nhãn theo đơn vị trọng lượng, nhưng vì chúng được hiệu chuẩn tại nhà máy về trọng lượng tiêu chuẩn, chúng sẽ hiển thị P cho các điều kiện mà chúng được thiết lập.

Điều này có nghĩa là cân bằng chùm tia không được thiết kế để đo trọng lực cục bộ lên một vật thể. Trọng lượng chính xác có thể được xác định bằng cách tính bằng cách nhân khối lượng với giá trị trọng lực cục bộ từ các bảng tương ứng.

Trên các hành tinh khác

Планеты

Không giống như khối lượng, trọng lượng cơ thể ở những nơi khác nhau thay đổi tùy thuộc vào sự thay đổi giá trị của gia tốc trọng trường. Độ lớn của lực hấp dẫn lên các hành tinh khác, cũng như trên Trái đất, không chỉ phụ thuộc vào khối lượng của chúng, mà còn phụ thuộc vào khoảng cách bề mặt từ trọng tâm.

Bảng dưới đây cho thấy các gia tốc trọng trường so sánh trên các hành tinh khác, Mặt trời và Mặt trăng. Bề mặt đối với các khối khí khổng lồ (sao Mộc, sao Thổ, sao Thiên Vương và sao Hải Vương) có nghĩa là các lớp mây bên ngoài của chúng, đối với Mặt trời - quang quyển. Các giá trị trong bảng không bao gồm chuyển động quay ly tâm và đại diện cho trọng lực thực tế quan sát được gần các cực.

Vật thể thiên văn Bao nhiêu trọng lực vượt quá Trái đất Gia tốc bề mặt m / s2
Mặt trời 27,9 274,1
thủy ngân 0,377 3.703
sao Kim 0,9032 8.872
Trái đất 1 9,8226
Mặt trăng 0,1655 1.625
Sao Hoả 0,3895 3.728
sao Mộc 2,64 25,93
sao Thổ 1.139 11,19
Sao Thiên Vương 0,917 9.01
sao Hải vương 1.148 11,28

Để có được trọng lượng của chính bạn trên một hành tinh khác, bạn chỉ cần nhân nó với số bội từ cột tương ứng. Phép đo càng gần tâm hành tinh thì giá trị càng cao và ngược lại. Do đó, mặc dù trên thực tế, lực hấp dẫn của Sao Mộc do khối lượng khổng lồ của nó lớn hơn Trái Đất đến 316 lần, trọng lượng ở cấp độ của các đám mây, do khoảng cách rất lớn từ tâm khối lượng, không giống như ấn tượng như người ta có thể mong đợi.

Невесомость

Một hiệu ứng thú vị khác, được gọi là không trọng lượng, là đặc trưng không chỉ của không gian. Nó có thể được quan sát trong nhiều hoàn cảnh khác nhau và trên Trái đất. Ví dụ, trong sự rơi tự do, không có sự hỗ trợ nào mà lực tác dụng lên, có nghĩa là trọng lượng sẽ bằng không, mặc dù có sự hiện diện của gia tốc trọng trường và khối lượng.

Hiện tượng tương tự cũng xảy ra với các phi hành gia của Trạm vũ trụ quốc tế trên quỹ đạo Trái đất. Trên thực tế, nó luôn cùng cư dân rơi xuống bề mặt hành tinh, vì vậy cư dân của nó thường xuyên ở trong trạng thái không trọng lượng.

Do đó, quy tắc chính để giải thích các hiện tượng quan sát được và tránh nhầm lẫn với khối lượng là như sau: giá trị P luôn được đo bằng cách sử dụng trọng lượng tiếp xúc đặt giữa vật thể và bề mặt chuẩn. Đó là lý do tại sao một cơ thể được đặt trên cân và rơi cùng với chúng sẽ không gây áp lực lên thiết bị và cân, theo đó, sẽ hiển thị giá trị bằng không.

Có một nhà thiên văn học người Đức với họ Bayer, ông đã phát triển một hệ thống xác định độ sáng của các ngôi sao và sắp xếp chúng theo bảng chữ cái Hy Lạp khác. Độ sáng bắt đầu bằng chữ cái "alpha", sau đó là "beta", v.v. Sau đó, các nhà khoa học đã không thay đổi nguyên tắc trong khi tinh chỉnh hệ thống của mình, họ chỉ phân phối các ngôi sao sáng: "alpha1", 2,3, v.v.

текст при наведении

ngôi sao sáng trên bầu trời với ký hiệu "alpha1" "Regulus"

Trong vật lý, độ dày, cũng như khoảng cách (khoảng cách) và đường kính, được ký hiệu bằng chữ d.

Trong tài liệu thiết kế, các ký hiệu được sử dụng theo GOST 2.321.

Độ dày được biểu thị bằng chữ s.

Kích thước tổng thể hoặc tổng thể theo GOST được chỉ định bằng chữ in hoa, có nghĩa là tổng độ dày (tổng thể) phải được biểu thị bằng chữ S.

Chu vi là tổng chiều dài của tất cả các cạnh (hoặc tổng chiều dài của tất cả các đường biên của hình). Hầu hết mọi hình dạng đều có một công thức khác nhau cho chu vi, như trường hợp với diện tích.

Trong toán học, theo quy luật, người ta thường gọi chu vi của một hình bằng chữ cái Latinh "P".

Ví dụ, công thức tính chu vi có dạng như sau: P = 2 * (a + b).

Bạn cũng có thể lưu ý rằng chiều dài của một hình tròn, là chu vi của nó (vì trong trường hợp hình tròn, chiều dài của nó là đường biên của hình), không được biểu thị bằng chữ "P", mà bằng chữ cái "C" hoặc thậm chí l. Nhưng đây là một ngoại lệ đối với quy tắc, trong tất cả các trường hợp khác, nó được biểu thị bằng chữ "P".

Tốc độ trong vật lý là một đặc tính định lượng của chuyển động của một cơ thể, nó được ký hiệu bằng chữ V. Tốc độ bằng số bằng đường đi (đường đi được ký hiệu là S) mà vật thể đi qua trên một đơn vị thời gian ( thời gian được ký hiệu là t).

Đơn vị đo tốc độ là mét trên giây (m / s).

Samira Gadzhieva là nữ diễn viên kiêm ca sĩ nổi tiếng người Dagestan, sinh tại Derbent ngày 27 tháng 6 năm 1991, hiện đang sống và làm việc tại Makhachkala, là người Lezginka theo quốc tịch.

Samira Hajiyeva tăng khoảng 172 cm, nữ ca sĩ có trang cá nhân trên mạng xã hội Instagram và VKontakte.

Thật ngạc nhiên là nhiều người, khi sử dụng các từ "khối lượng" và "trọng lượng", lại không hiểu sự khác biệt của chúng theo quan điểm vật lý và có nghĩa giống nhau. Trong khi đó, sự khác biệt này là cơ bản và rất lớn ...

Cân nặng

Hãy bắt đầu với số đông. Khối lượng xác định tính chất quán tính của vật. Điều đó có nghĩa là gì? Quán tính là khả năng của cơ thể chống lại sự thay đổi trạng thái chuyển động của nó dưới tác dụng của lực. Cố gắng ngăn một quả bóng đá lăn theo quán tính. Và sau đó - một chiếc xe lăn cùng tốc độ theo quán tính. Trong trường hợp sau, việc làm này sẽ khó hơn nhiều, do xe có rất nhiều vấn đề. Và chúng ta có thể nói rằng chiếc xe có trọng lượng nhiều hơn. Khối lượng được đo bằng kilôgam và được ký hiệu bằng chữ cái m... Trọng lượng cơ thể luôn không đổi.

Cân nặng

Về trọng lượng có liên quan, đó là sức mạnh. Giống như bất kỳ lực nào khác, nó là một đại lượng vectơ (có hướng tác dụng) và nó được đo bằng newton ... Theo định nghĩa, trọng lượng là lực mà cơ thể tác động lên giá đỡ hoặc hệ thống treo:

Вес и масса – вечная путаница

Nếu một người nặng 70 kg đứng bất động trên sàn thì lực nào tác dụng lên người đó theo quan điểm của cơ học cổ điển? Chỉ hai. Một trong số đó là trọng lực hướng thẳng đứng xuống dưới. Đây là lực mà Trái đất hút một người, và nó bằng tích khối lượng của người đó mvề gia tốc trọng trường g(đối với Trái đất - 9,81 m / s2, hãy làm tròn giá trị này lên 10). Như vậy, lực này sẽ bằng mg = 70 * 10 = 700H. Thường thì lực này cũng được đo bằng kilôgam lực, kgf ... Giá trị của nó bằng trọng lượng của một vật nặng 1 kg, do đó, người bình thường thường đo trọng lượng bằng đơn vị kg và đó là lý do tại sao thường nảy sinh sự nhầm lẫn giữa trọng lượng và khối lượng.

Lực thứ hai là phản lực của giá đỡ N... Người đó ấn xuống sàn và sàn chống lại nó - với lực chính xác bằng lực của trọng lực. Lực này hướng ngược chiều và có độ lớn bằng trọng lực. Tổng lực bằng F = mg-N = 0 .

Bạn có thể hỏi - tại sao tất cả những điều này nếu trọng lực và trọng lượng là một và như nhau? Không có gì thuộc về loại này, đây là những thứ hoàn toàn khác nhau, chúng chỉ trùng hợp trong ví dụ này. Hãy xem xét một phi hành gia trong một tên lửa đang cất cánh. Nó cũng bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn và phản lực của giá đỡ, nhưng thêm vào đó là lực đẩy nhà du hành lên cùng với tên lửa. Trong trường hợp này, phản lực của giá đỡ Nsẽ vượt quá trọng lực mg , và trọng lượng của phi hành gia sẽ tăng lên, anh ta sẽ bị quá tải, mặc dù lực hấp dẫn và khối lượng của phi hành gia không thay đổi.

Вес и масса – вечная путаница

Trên thực tế, trọng lượng là một thuật ngữ không đáng kể đối với các nhà vật lý. Theo quan điểm của vật lý học, sẽ đúng hơn nếu gọi nó đơn giản là lực, và từ "trọng lượng" chỉ là sự tưởng nhớ đến truyền thống ngôn ngữ.

Trong điều kiện trên cạn, người ta thường cân bằng trọng lượng và khối lượng, và cân cho tất cả các loại cân đều được hiệu chỉnh cho trọng lực trên cạn. Tuy nhiên, sự tương tác của trọng lượng và khối lượng rất thú vị để quan sát trong các điều kiện khác ngoài Trái đất. Vì vậy, trên Mặt trăng lực hấp dẫn nhỏ hơn Trái đất 6 lần, tương ứng trọng lượng của nhà du hành cũng sẽ ít hơn 6 lần. Trong trường hợp này, khối lượng của nó sẽ không thay đổi. Nếu chúng ta cố gắng đóng một chiếc đinh vào một tấm ván trên mặt trăng, chiếc búa sẽ nặng hơn 6 lần. Nhưng khi đập vào đầu, nó sẽ tác dụng vào đinh một lực như ở Trái đất, vì khối lượng của búa không thay đổi.

Điểm mấu chốt. Khối lượng là tài sản không thể tách rời của bất kỳ cơ thể nào. Nếu cốt lõi thể thao khối lượng 7 kg là khó ném xuống Trái đất, sẽ khó ném nó trong môi trường không trọng lực, mặc dù thực tế là nó cân nặng sẽ bằng không.

Nếu bạn thích bài viết, hãy đăng ký kênh, kể về nó trên mạng xã hội, và chúng tôi sẽ cố gắng không làm mất mặt)

Добавить комментарий