Физика с нуля. Урок №4 «Вес и масса»
Вадим Муранов, победитель всероссийского конкурса «Учитель года», преподаватель физики с 24-летним опытом работы.
Всем привет! С вами Вадим Муранов, преподаватель физики в ЕГЭ-Студии.
Мы продолжаем нашу серию небольших роликов для тех, кто только начинает знакомство с физикой или только решил готовиться к ЕГЭ по физике. Наша серия называется «Физика с нуля», и это 4-ый ролик, который будет посвящен понятиям веса и массы, которые очень часто путаются в головах простых людей. Многие считают, что вес и масса – это одно и то же, но на самом деле, должен вас всех разочаровать, это совсем не одно и то же. Кроме того, наши ролики призваны помочь вам получше подготовиться к ЕГЭ по физике, чтобы сдать его на 80 баллов и более. Структура ЕГЭ в этом году будет немного другая, поэтому теоретические понятия нужно знать довольно хорошо, а этому и посвящаются наши ролики.
Итак, вес и масса, чем же они отличаются или это одно и то же?
С точки зрения физики — это абсолютно разные понятия. И даже единицы измерения у них совершенно разные. Хотя многим кажется, что есть прибор под названием «весы», который измеряет массу и вес, значит, это одно и то же, но это не так.
Строгое определение, которое вы можете увидеть в любом учебнике физики, вес – это сила, с которой тело действует на опору или растягивает подвес из-за действия на него силы тяжести.
Говоря на простом языке, все довольно просто. Я или стул, который стоит на полу, и даже сам пол, и здание, которое построено на земле, – все мы притягиваемся к Земле, все мы находимся под действием силы притяжения Земли или земной гравитации.
Сила тяжести, которая так и называется «сила притяжения Земли», действует на всех нас и заставляет нас с вами давить на поверхность, на которой мы находимся, будь то поверхность асфальта или поверхность лавочки, на которой мы сидим, или поверхность пола, на котором мы стоим.
Так вот действие на поверхность – это и есть вес. Пока мы действуем на какую-то поверхность, мы весим. Стоит нам подпрыгнуть над этой поверхностью, мы действовать на нее не будем и будем находиться в состоянии, в которое, как нам кажется, могут находиться только космонавты, но нет, это не правда.
Вы хотите ощутить невесомость? Подпрыгните и вы ее ощутите. Правда, на очень короткое время, и этого времени будет недостаточно, чтобы насладиться этим состоянием, поэтому, если вы хотите продлить это состояние, вам нужно падать довольно долго. Сделать это можно либо в специальном самолете, в котором тренируют космонавтов, приучая их к состоянию невесомости, либо это можно сделать непосредственно на орбите Земли. Я бы вам посоветовал просто подпрыгнуть и на долю секунды ощутить это состояние невесомости. Это название произошло от того, что в этот момент вы не создаете действия на поверхность, на которой вы находитесь. Вы на нее не давите, соответственно ваш вес равен 0.
Уменьшение веса можно также ощутить, занырнув в прохладную водичку в жаркий летний день.
Тогда на вас помимо силы тяжести начнет действовать выталкивающая сила, названная в честь греческого ученого Архимеда, силой Архимеда или Архимедовой силой. Она уменьшит ваш вес, и в воде вы будете весить значительно меньше.
Такая путаница в терминах произошла, возможно, когда люди изобрели устройство для измерения массы тел и назвали его «весы». Вот в этот момент произошла путаница этих двух понятий, массы и веса.
Масса тела – это мера его инертности, это величина, которая показывает, насколько тело не хочет выходить из определенного состояния (либо из состояния покоя, либо из состояния равномерного движения). То есть если вы хотите изменить скорость тела, то сделать это мгновенно у вас не получится, этому будет мешать масса. Я бы это даже назвал мерой лени, ведь все тела, как и мы с вами, ленивые и не очень хотят выходить из того состояния, в котором они находятся. И мерой этой лени служит именно масса. Чем больше масса тела, тем сложнее вывести его из состояния покоя или изменить его скорость.
Вот это мера инертности и называется массой тела, которая измеряется в килограммах m (кг) — масса. А вес – это сила, с которой тело из-за силы тяжести давит на поверхность. Можно обозначить эту силу силой давления FД. Но можно обозначить это P, как это часто делается в учебниках физики, и это уже вес FД=P(H).
Вес тела, находящегося на какой-то поверхности будет скомпенсирован реакцией опоры этой поверхности. Вес тела, подвешенного на какой-то нити, будет скомпенсирован силой натяжения этой нити.
Однако, вес тела будет становиться меньше, если это тело погрузить в какую-нибудь жидкость. Тогда в этой жидкости помимо силы тяжести, которая действует вниз, добавится выталкивающая сила, которую называют Архимедовой силой. Кстати говоря, в воздухе на нас также действует Архимедова сила. Да-да, не удивляйтесь, в воздухе тоже действует Архимедова сила, но она настолько мала, что ее действием можно пренебречь и говорить о том, что вес в воздухе образуется только из-за действия силы тяжести.
Так вот вес в жидкости будет меньше, чем вес в воздухе. Впервые это заметил Архимед и установил, что уменьшение веса тела происходит из-за того, что тело, погруженное в жидкость, вытесняет часть этой жидкости, и вес этой жидкости в точности равен потере веса тела. То есть если вычесть из веса в воздухе вес в жидкости, получится вес той самой жидкости, которую вытеснило тело. Это знаменитый закон Архимеда, который в итоге привел к формуле Архимедовой силы. Часто забывают о том, что сам закон Архимеда вовсе не был выражен формулой, а был выражен именно такими словами, что тело теряет в весе ровно столько, сколько весит вытесненная им жидкость.
Таким образом вес и масса – это абсолютно разные понятия. Масса может быть измерена с помощью прибора под названием «весы», а вес может быть измерен с помощью прибора под названием «динамометр». Надеюсь. Что в вашей голове слова «весы» и «масса» не перепутаются, «вес» и «масса» также не перепутаются.
Подведу небольшой итог.
Масса – это мера инертности тела, то есть мера того свойства, благодаря которому тела неохотно изменяют свое положение и свою скорость. Если тело начинает менять свою скорость, то делает оно это постепенно, а не мгновенно. Это связано именно с тем, что оно обладает свойством под названием «инертность», и мерой этой инертности служит масса тела, измеряемая в килограммах.
Вес – это сила, с которой тело действует на опору или растягивает подвес из-за того, что все тела, и мы с вами в том числе, находимся под воздействием силы тяжести. Состояние невесомости – это состояние, при котором тело не действует на поверхность и не растягивает подвес, то есть состоянии невесомости – это не всегда то состояние, которое испытывают космонавты, это состояние, когда тело подброшено над опорой. Например, возьмите стул подкиньте его вверх и дайте ему побыть в состоянии невесомости. Как только он коснется пола, это состояние прекратится, он снова начнет действовать на пол, а значит, снова будет обладать весом.
На этом у меня все. Наш 4-ый ролик завершен. 5-ый ролик будет посвящен еще более сложным понятиям «энергия» и «работа». А я на этом с вами прощаюсь. Присоединяйтесь к нашему каналу, к нашему курсу подготовки к ЕГЭ по физике от 80 баллов и выше.
Всего доброго! Пока!
Все видеоуроки по физике
Вес тела – кратко формула, определение, примеры нахождения, единица измерения (7 класс, физика)
4.2
Средняя оценка: 4.2
Всего получено оценок: 261.
Обновлено 16 Июля, 2021
4.2
Средняя оценка: 4.2
Всего получено оценок: 261.
Обновлено 16 Июля, 2021
Понятие «вес тела» очень часто используется в повседневной жизни. Многие продукты и материалы покупаются, исходя из измеренного веса. Как правило, в быту понятие веса отождествляется с понятием массы тела. Однако в физике это не одно и то же. Более того, эти величины не равны. Рассмотрим эту тему подробнее, приведём определение и формулу веса тела.
Вес тела
Чтобы понять физическую природу веса тела, достаточно вспомнить, как происходит взвешивание на пружинных весах.
На чашку весов укладывается тело, под действием силы тяжести оно сжимает пружину, и по степени этого сжатия можно судить о том, сколько весит тело.
То есть сила, с которой тело воздействует на опору, называется весом.
Найдём величину этой силы. На тело, имеющее опору, действует сила тяжести $m \overrightarrow {\mathrm{g}}$ и сила реакции опоры $ \overrightarrow {N}$.
По третьему закону Ньютона, тело также действует на опору с равной силой $ \overrightarrow {P}= – \overrightarrow {N}$ (противоположной по направлению). Эта сила и есть вес тела.Если опора (и тело вместе с ней) движется вверх с ускорением $ \overrightarrow {a}$, то по второму закону Ньютона имеем:
$$\overrightarrow {N}+ m \overrightarrow {\mathrm{g}} = m \overrightarrow {a}$$
Учитывая равенство веса и его противоположную направленность относительно реакции опоры, после проецирования на ось координат, направленную вниз, можно записать:
$$P = m (\mathrm{g} – a)$$
Это и есть формула веса тела массой $m$, существующего в условиях гравитации (ускорение свободного падения $\mathrm{g}$), имеющего опору, которая двигается вверх с ускорением $a$.
Свойства веса тела
Из вышесказанного можно сделать важные выводы.
- Во-первых, как физическая величина, вес является силой. Поэтому единица измерения веса в физике — ньютон.
- Во-вторых, вес — фактически, это проявление сил упругости. Вес появляется в результате взаимодействия тела с опорой.
- В-третьих, вес зависит от ускорения, с которым движется опора. Если опора неподвижна (или движется равномерно и прямолинейно), то вес равен силе тяжести.
Последнее свойство показывает, что вес — это величина непостоянная, и может быть как меньше, так и больше силы тяжести, в зависимости от движения опоры.
Невесомость и перегрузки
Таким образом, вес без опоры не существует. Говорят, что тело, у которого нет опоры, находится в состоянии невесомости.
Рис. 2. Невесомость.Обратите внимание, состояние невесомости не зависит от того, действует ли на тело гравитационная сила или нет. Предмет во время свободного падения, кабина лифта в момент начала спуска, когда натяжение троса исчезло, человек во время прыжка — всё это примеры состояния невесомости, которое появляется, несмотря на действие силы тяжести.
Из формулы веса тела следует, что если опора движется с ускорением, у тела появляется вес, который может быть даже больше, чем сила тяжести. В этом случае говорят о возникновении перегрузок.
Поскольку в формулу веса входит масса и сумма ускорения, перегрузку можно измерять в единицах $\mathrm{g}$. Для нахождения перегрузки используется формула:
$$k= {m(\mathrm{g} + a) \over m\mathrm{g}}=1+{a\over \mathrm{g}}$$
Фактически перегрузка показывает, во сколько раз вес тела больше силы тяжести, действующей на тело на Земле. Перегрузка $k=1$ означает обычный вес тела, перегрузка $k=2$ означает, что вес тела вдвое больше, чем сила тяжести и так далее.
Что мы узнали?
Вес тела — это сила, с которой тело действует на опору. Фактически это проявление силы упругости. Тело, у которого нет опоры, находится в состоянии невесомости. Если опора тела двигается с ускорением, тело испытывает перегрузки.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда — пройдите тест.
Пока никого нет. Будьте первым!
Оценка доклада
4.2
Средняя оценка: 4.2
Всего получено оценок: 261.
А какая ваша оценка?
Масса, Вес, Плотность
Масса, Вес, ПлотностьМасса объекта является фундаментальным свойством объекта; числовая мера его инерции; фундаментальная мера количества материи в объекте. Определения массы часто кажутся замкнутыми, потому что это настолько фундаментальная величина, что ее трудно определить в терминах чего-то другого. Все механические величины могут быть определены через массу, длину и время. Обычный символ массы — м, а его единицей СИ — килограмм. В то время как масса обычно считается неизменным свойством объекта, при скоростях, приближающихся к скорости света, необходимо учитывать увеличение релятивистской массы. Вес объекта представляет собой силу тяжести, действующую на объект, и может быть определен как произведение массы на ускорение свободного падения, w = мг. | Индекс | ||
| Назад |
Поскольку вес является силой, его единицей в системе СИ является ньютон. Плотность это масса/объем.Вес объекта определяется как сила тяжести, действующая на объект, и может быть рассчитана как произведение массы на ускорение свободного падения, w = mg. Поскольку вес является силой, его единицей в системе СИ является ньютон. Для тела в свободном падении, так что сила тяжести является единственной силой, действующей на него, выражение для веса следует из второго закона Ньютона. Вы, как и многие, можете спросить: «Почему вы умножаете массу на ускорение свободного падения свободного падения, когда масса покоится на столе?». Значение g позволяет определить результирующую силу тяжести, если она Данные можно ввести в любое из полей ниже. Затем щелкните за пределами поля, чтобы обновить другие количества. У поверхности Земли, где g=9,8 м/с 2 : Вес массы кг Ньютоны
| Index Что насчет состояния невесомости? | |||
| Назад |
Другой подход состоит в том, чтобы рассматривать «g» как меру напряженности гравитационного поля в ньютонах/кг в вашем местоположении. Вы можете рассматривать вес как меру массы в кг, умноженную на интенсивность гравитационного поля, 9,8 ньютонов/кг при стандартных условиях.
Использование этой единицы не рекомендуется, и настоятельно рекомендуется использовать исключительно единицы СИ во всей научной работе. В то время как фактический вес человека определяется его массой и ускорением свободного падения, «воспринимаемый вес» или «действующий вес» исходит из того факта, что он поддерживается полом, стулом и т. д. Если всякая опора внезапно удаляется и человек начинает свободно падать, он внезапно чувствует себя «невесомым» — таким образом, невесомость относится к состоянию свободного падения, в котором нет ощутимой поддержки. | Индекс | ||
| Назад |
5.4 Масса и вес | University Physics Volume 1
Цели обучения
К концу раздела вы сможете:
- Объяснять разницу между массой и весом
- Объясните, почему падающие объекты на Земле никогда не находятся в состоянии свободного падения
- Опишите понятие невесомости
Масса и вес часто используются как синонимы в повседневном разговоре. Например, наши медицинские записи часто показывают наш вес в килограммах, но никогда в правильных единицах измерения — ньютонах. Однако в физике есть важное различие.
Вес — это притяжение Земли к объекту. Это зависит от удаленности от центра Земли. В отличие от веса, масса не зависит от местоположения. Масса объекта одинакова на Земле, на орбите или на поверхности Луны. 9{2}. [/latex]
Хотя почти во всем мире в качестве единицы силы используется ньютон, в Соединенных Штатах наиболее привычной единицей силы является фунт (фунт), где 1 Н = 0,225 фунта. Таким образом, 225- фунт человек весит 1000 Н.
Вес и гравитационная сила
Когда объект падает, он ускоряется по направлению к центру Земли. Второй закон Ньютона гласит, что результирующая сила, действующая на объект, отвечает за его ускорение. Если сопротивлением воздуха можно пренебречь, результирующая сила, действующая на падающий объект, представляет собой гравитационную силу, обычно называемую ее вес [латекс] \overset{\to }{w} [/латекс], или его сила тяжести, действующая на объект массой м . Вес можно обозначить как вектор, потому что он имеет направление; вниз — это, по определению, направление силы тяжести, и, следовательно, вес — это направленная вниз сила.
Величина веса обозначается как w . Галилей доказал, что при отсутствии сопротивления воздуха все тела падают с одинаковым ускорением 90 159 g 90 160 . Используя результат Галилея и второй закон Ньютона, мы можем вывести уравнение для веса.
Рассмотрим объект массой м , падающий на Землю. На него действует только нисходящая сила тяжести, которая представляет собой вес [латекс] \overset{\to }{w} [/латекс]. Второй закон Ньютона гласит, что величина чистой внешней силы, действующей на объект, равна [латекс] {\ overset {\ to {F}} _ {\ text {net}} = m \ overset {\ to }{a}. [/latex] Мы знаем, что ускорение объекта под действием силы тяжести равно [латекс] \overset{\to }{g}, [/latex] или [латекс] \overset{\to }{a}=\overset{ \к {г} [/латекс]. Подставив их во второй закон Ньютона, мы получим следующие уравнения. 9{2})=9,80\,\текст{N}. [/latex]
Когда чистая внешняя сила, действующая на объект, представляет собой его вес, мы говорим, что это свободное падение , то есть единственная сила, действующая на объект, — это гравитация.
{2} [/латекс]. Таким образом, масса 1,0 кг имеет вес 90,8 с. ш. на Земле и всего около 1,7 с. ш. на Луне.
Самое широкое определение веса в этом смысле состоит в том, что вес объекта — это гравитационная сила, действующая на него со стороны ближайшего крупного тела, такого как Земля, Луна или Солнце. Это наиболее распространенное и полезное определение веса в физике. Однако оно резко отличается от определения веса, используемого НАСА и популярными средствами массовой информации в связи с космическими путешествиями и исследованиями. Когда они говорят о «невесомости» и «микрогравитации», они имеют в виду явление, которое в физике называется «свободным падением». Мы используем предыдущее определение веса, силы [латекс] \overset{\to }{w} [/латекс] из-за гравитации, действующей на объект массой м , и мы тщательно различаем свободное падение и фактическую невесомость.
Имейте в виду, что вес и масса — разные физические величины, хотя и тесно связанные между собой. Масса — это внутреннее свойство объекта: это количество материи.
Количество или количество материи объекта определяется количеством содержащихся в нем атомов и молекул различных типов. Поскольку эти числа не меняются, в ньютоновской физике масса не меняется; следовательно, его реакция на приложенную силу не меняется. Напротив, вес — это гравитационная сила, действующая на объект, поэтому он зависит от гравитации. Например, человек ближе к центру Земли, на небольшой высоте, такой как Новый Орлеан, весит немного больше, чем человек, который находится на большей высоте в Денвере, даже если они могут иметь одинаковую массу.
Заманчиво приравнять массу к весу, потому что большинство наших примеров происходят на Земле, где вес объекта лишь немного зависит от местоположения объекта. Кроме того, трудно сосчитать и идентифицировать все атомы и молекулы в объекте, поэтому масса редко определяется таким образом. Если мы рассмотрим ситуации, в которых [латекс] \overset{\to }{g} [/latex] является константой на Земле, мы увидим, что вес [латекс] \overset{\to }{w} [/latex] непосредственно пропорциональна массе m , так как [латекс] \overset{\to }{w}=m\overset{\to }{g}, [/latex], то есть чем массивнее объект, тем больше он весит.
{2} [/латекс], объект весит 8,4 Н. Однако масса объекта по-прежнему составляет 5,0 кг. на Луне. 9{2}? [/latex]
Стратегия
Нам был дан вес камня, который мы используем для определения чистой силы, действующей на камень. Однако нам также необходимо знать его массу, чтобы применить второй закон Ньютона, поэтому мы должны применить уравнение для веса, [латекс] w = мг [/латекс], чтобы определить массу.
Решение
Никакие силы не действуют в горизонтальном направлении, поэтому мы можем сосредоточиться на вертикальных силах, как показано на следующей диаграмме свободного тела. Мы обозначаем ускорение в сторону; технически это не часть диаграммы свободного тела, но помогает напомнить нам, что объект ускоряется вверх (поэтому результирующая сила направлена вверх). 9{2})\hfill \\ \hfill F-180\,\text{N}& =\hfill & 27\,\text{N}\hfill \\ \hfill F& =\hfill & 207\,\text{ N}=210\,\text{N до двух значащих цифр}\hfill \end{array} [/latex]
Значение
Чтобы применить второй закон Ньютона в качестве основного уравнения при решении задачи, иногда приходится полагаться на другие уравнения, например, на вес или одно из кинематических уравнений, чтобы завершить решение.
Проверьте свои знания
Для (примера) найдите ускорение, когда сила, приложенная фермером, равна 230,0 Н.
Показать решение
Сможете ли вы избежать поля с валунами и благополучно приземлиться прямо перед тем, как закончится топливо, как это сделал Нил Армстронг в 1969 году? Эта версия классической видеоигры точно имитирует реальное движение лунного посадочного модуля с правильной массой, тягой, расходом топлива и лунной гравитацией. Настоящим лунным посадочным модулем трудно управлять.
Используйте эту интерактивную симуляцию, чтобы перемещать Солнце, Землю, Луну и космическую станцию, чтобы увидеть влияние их гравитационных сил и орбитальных траекторий. Визуализируйте размеры и расстояния между различными небесными телами и отключите гравитацию, чтобы увидеть, что было бы без нее. 9{2} [/латекс]. В этой задаче силы действуют на сиденье и ремень безопасности.
Тело массой 2,00 кг толкают вертикально вверх под действием вертикальной силы 25,0 Н.