В чем сила измеряется?
Во всех учебниках и умных книжках, силу принято выражать в Ньютонах, но кроме как в моделях которыми оперируют физики ньютоны ни где не применяются. Это крайне неудобно.
Ньютон newton (Н) — производная единица измерения силы в Международной системе единиц (СИ).
Исходя из второго закона Ньютона, единица ньютон определяется как сила, изменяющая за одну секунду скорость тела массой один килограмм на 1 метр в секунду в направлении действия силы.
Таким образом, 1 Н = 1 кг·м/с².
Килограмм-сила (кгс или кГ) — гравитационная метрическая единица силы, равная силе, которая действует на тело массой один килограмм в гравитационном поле земли. Поэтому по определению килограмм-сила равна 9,80665 Н. Килограмм-сила удобна тем, что её величина равна весу тела массой в 1 кг.
1 кгс = 9,80665 ньютонов (примерно ≈ 10 Н)
1 Н ≈ 0,10197162 кгс ≈ 0,1 кгс
1 Н = 1 кг x 1м/с2.
Закон тяготения
Каждый объект Вселенной притягивается к любому другому объекту с силой, пропорциональной их массам и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.2 \right ) }$. Знак минус означает, что сила, действующая на пробное тело, всегда направлена по радиус-вектору от пробного тела к источнику гравитационного поля, т.е. гравитационное взаимодействие приводит всегда к притяжению тел.
Поле тяжести потенциально. Это значит, что можно ввести потенциальную энергию гравитационного притяжения пары тел, и эта энергия не изменится после перемещения тел по замкнутому контуру. Потенциальность поля тяжести влечёт за собой закон сохранения суммы кинетической и потенциальной энергии, что при изучении движения тел в поле тяжести часто существенно упрощает решение.
Тяжелее — Легче
Вес тела ${\large P}$ выражается произведением его массы ${\large m}$ на ускорение силы тяжести ${\large g}$.2 }$
В результате произведение ${\large m \cdot g }$, а следовательно и вес уменьшаются в 6 раз.
Но нельзя обозначить оба эти явления одним и тем же выражением «сделать легче». На луне тела становятся не легче, а лишь менее стремительно падают они «менее падучи»))).
Векторные и скалярные величины
Векторная величина (например сила, приложенная к телу), помимо значения (модуля), характеризуется также направлением. Скалярная же величина (например, длина) характеризуется только значением. Все классические законы механики сформулированы для векторных величин.
|
|
Рисунок 1.
На рис. 1 изображены различные варианты расположения вектора ${ \large \overrightarrow{F}}$ и его проекции ${ \large F_x}$ и ${ \large F_y}$ на оси ${ \large X}$ и ${ \large Y}$ соответственно:
- A. величины ${ \large F_x}$ и ${ \large F_y}$ являются ненулевыми и положительными
- B. величины ${ \large F_x}$ и ${ \large F_y}$ являются ненулевыми, при этом ${\large F_y}$ — положительная величина, а ${\large F_x}$ — отрицательная, т.к. вектор ${\large \overrightarrow{F}}$ направлен в сторону, противоположную направлению оси ${\large X}$
- C. ${\large F_y}$ — положительная ненулевая величина, ${\large F_x}$ равна нулю, т.к. вектор ${\large \overrightarrow{F}}$ направлен перпендикулярно оси ${\large X}$
Момент силы
Моментом силы называют векторное произведение радиус-вектора, проведённого от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы. Т.е. согласно классическому определению момент силы — величина векторная. В рамках нашей задачи, это определение можно упростить до следующего: моментом силы ${\large \overrightarrow{F}}$, приложенной к точке с координатой ${\large x_F}$, относительно оси, расположенной в точке ${\large x_0}$ называется скалярная величина, равная произведению модуля силы ${\large \overrightarrow{F}}$, на плечо силы — ${\large \left | x_F — x_0 \right |}$. А знак этой скалярной величины зависит от направления силы: если она вращает объект по часовой стрелке, то знак плюс, если против — то минус.
Важно понимать, что ось мы можем выбирать произвольным образом — если тело не вращается, то сумма моментов сил относительно любой оси равна нулю. Второе важное замечание — если сила приложена к точке, через которую проходит ось, то момент этой силы относительно этой оси равен нулю (поскольку плечо силы будет равно нулю).
Проиллюстрируем вышесказанное примером, на рис.2. Предположим, что система, изображенная на рис.{gr}}}$
Теперь рассмотрим условие равенства моментов сил, действующих на опору, относительно оси, проходящей через точку А (и, как мы договаривались ранее, перпендикулярную плоскости рисунка):
${\large N \cdot l_1 — N_2 \cdot \left ( l_1 +l_2 \right ) = 0}$
Обратите внимание, что в уравнение не вошёл момент силы ${\large \overrightarrow{N_1}}$, поскольку плечо этой силы относительно рассматриваемой оси равно ${\large 0}$. Если же мы по каким-либо причинам хотим выбрать ось, проходящую через точку С, то условие равенства моментов сил будет выглядеть так:
${\large N_1 \cdot l_1 — N_2 \cdot l_2 = 0}$
Можно показать, что с математической точки зрения два последних уравнения эквивалентны.
Центр тяжести
Центром тяжести механической системы называется точка, относительно которой суммарный момент сил тяжести, действующих на систему, равен нулю.
Центр масс
Точка центра масс замечательна тем , что если на частицы образующие тело (неважно будет ли оно твердым или жидким, скоплением звезд или чем то другим) действует великое множество сил (имеются ввиду только внешние силы, поскольку все внутренние силы компенсируют друг друга), то результирующая сила приводит к такому ускорению этой точки, как будто в ней вся масса тела ${\large m}$.
Положение центра масс определяется уравнением:
${\large R_{c.m.} = \frac{\sum m_i\, r_i}{\sum m_i}}$
Это векторное уравнение, т.е. фактически три уравнения — по одному для каждого из трех направлений. Но рассмотрим только ${\large x}$ направление. Что означает следующее равенство?
${\large X_{c.m.} = \frac{\sum m_i\, x_i}{\sum m_i}}$
Предположим тело разделено на маленькие кусочки с одинаковой массой ${\large m}$, причем полная масса тела равна будет равна числу таких кусочков ${\large N}$, умноженному на массу одного кусочка, например 1 грамм. Тогда это уравнение означает, что нужно взять координаты ${\large x}$ всех кусочков, сложить их и результат разделить на число кусочков. Иными словами, если массы кусочков равны то ${\large X_{c.m.}}$ будет просто средним арифметическим ${\large x}$ координат всех кусочков.
|
центр масс сложного тела лежит на линии, соединяющей центры масс двух составляющих его частей |
Масса и плотность
Масса — фундаментальная физическая величина. Масса характеризует сразу несколько свойств тела и сама по себе обладает рядом важных свойств.
- Масса служит мерой содержащегося в теле вещества.
- Масса является мерой инертности тела. Инертностью называется свойство тела сохранять свою скорость неизменной (в инерциальной системе отсчёта), когда внешние воздействия отсутствуют или компенсируют друг друга. При наличии внешних воздействий инертность тела проявляется в том, что его скорость меняется не мгновенно, а постепенно, и тем медленнее, чем больше инертность (т.е. масса) тела. Например, если бильярдный шар и автобус движутся с одинаковой скоростью и тормозятся одинаковым усилием, то для остановки шара требуется гораздо меньше времени, чем для остановки автобуса.
- Массы тел являются причиной их гравитационного притяжения друг к другу (см. раздел «Сила тяготения»).
- Масса тела равна сумме масс его частей. Это так называемая аддитивность массы. Аддитивность позволяет использовать для измерения массы эталон — 1 кг.
- Масса изолированной системы тел не меняется со временем (закон сохранения массы).
- Масса тела не зависит от скорости его движения. Масса не меняется при переходе от одной системы отсчёта к другой.
- Плотностью однородного тела называется отношение массы тела к его объёму:
${\large p = \dfrac {m}{V} }$
Плотность не зависит от геометрических свойств тела (формы, объёма) и является характеристикой вещества тела. Плотности различных веществ представлены в справочных таблицах. Желательно помнить плотность воды: 1000 кг/м3.
Второй и третий законы Ньютона
Взаимодействие тел можно описывать с помощью понятия силы. Сила — это векторная величина, являющаяся мерой воздействия одного тела на другое.
Будучи вектором, сила характеризуется модулем (абсолютной величиной) и направлением в пространстве. Кроме того, важна точка приложения силы: одна и та же по модулю и направлению сила, приложенная в разных точках тела, может оказывать различное воздействие. Так, если взяться за обод велосипедного колеса и потянуть по касательной к ободу, то колесо начнёт вращаться. Если же тянуть вдоль радиуса, никакого вращения не будет.
Второй закон Ньютона
Произведение массы тела на вектор ускорения есть равнодействующая всех сил, приложенных к телу:
${\large m \cdot \overrightarrow{a} = \overrightarrow{F} }$
Второй закон Ньютона связывает векторы ускорения и силы. Это означает, что справедливы следующие утверждения.
- ${\large m \cdot a = F}$, где ${\large a}$ — модуль ускорения, ${\large F}$ — модуль равнодействующей силы.
- Вектор ускорения имеет одинаковое направление с вектором равнодействующей силы, так как масса тела положительна.
Третий закон Ньютона
Два тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению. Эти силы имеют одну и ту же физическую природу и направлены вдоль прямой, соединяющей их точки приложения.
Принцип суперпозиции
Опыт показывает, что если на данное тело действуют несколько других тел, то соответствующие силы складываются как векторы. Более точно, справедлив принцип суперпозиции.
Принцип суперпозиции сил. Пусть на тело действуют силы ${\large \overrightarrow{F_1}, \overrightarrow{F_2},\ \ldots \overrightarrow{F_n}}$ Если заменить их одной силой ${\large \overrightarrow{F} = \overrightarrow{F_1} + \overrightarrow{F_2} \ldots + \overrightarrow{F_n}}$, то результат воздействия не изменится.
Сила ${\large \overrightarrow{F}}$ называется равнодействующей сил ${\large \overrightarrow{F_1}, \overrightarrow{F_2},\ \ldots \overrightarrow{F_n}}$ или результирующей силой.
формула, в чем измеряется, как определить работу
Что такое сила тяги
Сила тяги — сила, прикладываемая к телу для поддержания его в постоянном движении.
Действие силы тяги
Множество сил, действующих на движущийся объект, для упрощения вычислений делят на две группы: силу тяги и силы сопротивления.
Её прекращение
Когда действие силы тяги прекращается, движущееся тело замедляется и постепенно останавливается, так как на него воздействуют силы, мешающие продолжать двигаться, например, трение.
1 закон Ньютона о действии
Согласно этому закону в формулировке самого Ньютона, любое тело остается в покое или равномерно движется по прямой, пока на него не воздействуют силы, заставляющие его изменить это состояние.
В современной физике в формулировку внесены уточнения:
- закон применим только в системах отсчета, называемых инерциальными;
- тело может вращаться на месте, не находясь под воздействием внешних сил, поэтому вместо термина «тело» следует использовать термин «материальная точка».
Чтобы переместить неподвижный предмет, на него должна воздействовать некая сила. Чтобы изменить скорость движения предмета, также необходимо воздействие силы, замедляющей его или ускоряющей. Так как предметы обладают разной массой и соответственно разной инертностью, силы, достаточные для эффективного воздействия, тоже будут различаться.
Состояние ускорения после воздействия силы тяги
Когда движение равномерное, сила тяги и сила трения совершают одинаковую работу, уравновешивая друг друга. Воздействие силы на тело в направлении движения придает ему ускорение. Если направить ту же силу в противоположном направлении, она замедлит движение тела, что можно назвать отрицательным ускорением.
Формулы для определения силы тяги
Согласно второму закону Ньютона, сумма сил, воздействующих на движущееся тело, равна массе \(m\), умноженной на ускорение \(a\). Универсальной формулы, подходящей для любого сочетания сил, не существует. Чаще всего силу тяги находят с помощью общей формулы\( F_т-\;F_{с}=m\;\times\;a\), где \(F_т\) — сила тяги, \(F_{с}\) — силы сопротивления.
При решении конкретной задачи силы, воздействующие на тело, схематически изображают в виде векторов. На схеме:
- сила тяжести mg;
- сила реакции опоры \(N\);
- сила трения\( F_{тр}\);
- сила тяги \(F\).
При нахождении тела на горизонтальной поверхности сила тяжести и сила реакции опоры уравновесят друг друга. Но если транспортное средство движется в гору или под гору, придется учесть влияние уклона. Тогда формула может выглядеть так: \(F_т-\;F_с-\;mg\;\times\;\sin\alpha=m\;\times\;a.\)
Работа A, которую должна совершить сила тяги, сдвигая тело, связана с ней соотношением \(A\;=\;F\;\times\;s\). \(s\) здесь — расстояние, на которое тело переместилось.
Какое условие должно соблюдаться
Сила тяги всегда должна быть больше противодействующих ей сил.
Формула через мощность
Полезную механическую мощность \(N\) можно вычислить по формуле \(N=F_т\;\times\;v\), где \(v\) — скорость. Для определения силы тяги нужно разделить мощность на скорость: \(F_т\;=\;\frac N v.\)
Измерение и обозначение силы тяги
Силу тяги обозначают \(F_т\) или \(F\). Единица измерения — ньютон (\(Н\)).
Для решения задач недостаточно измерить усилие, приложенное к объекту, и выразить его конкретным числом, так как сила обладает еще и направлением. Чтобы подчеркнуть, что сила — векторная величина, к буквенному обозначению добавляют стрелку.
Как определить силу тяги двигателя. Примеры решения задач
Задача 1
Автомобиль может разгоняться до 216 км/ч.{}=\frac{20}{25}\;=\;0,8\)
\(F_т=\;12000\times0,8\;+\;2400\;=\;12000\;Н\;=\;12\;кН\)
Задача 3
Транспорт, весящий 4 тонны, едет в гору. Уклон — 1 метр на каждые 25 метров пути. \(\mu\) — 0,1 от силы тяжести, \(а = 0\). Определите силу тяги.
Решение
Начертим схему:
\(m\times g\;+\;N\;+\;F_{тр\;}+\;F_т\;=\;m\times a\)
Сделаем проекции на координатные оси:
\(OX: -\;mg\;\times\;\sin\alpha\;-\;F_{тр\;}+\;F_т\;=\;0\)
\(OY: N\;-\;mg\;\times\;\cos\alpha\;=\;0 => N\;=\;mg\;\times\;\cos\alpha\;\)
\(F_{тр}\;=\;\mu N\;=\;\mu mg\;\times\;\cos\alpha\)
Подставим значение \(F_{тр}\) в уравнение \(OX\) и определим \(F_т\):
\(-mg\;\times\;\sin\alpha\;-\;\mu\)
\(mg\;\times\;\cos\alpha\;+\;F_т\;=\;0\)
\(=> F\;=\;mg\;\left(\sin\alpha\;+\;\mu\;\times\;\cos\alpha\right)\)
Найдем синус и косинус \(\alpha\), подставим их в общую формулу:
\(\sin\alpha\;=\;\frac hl\;=\;\frac1{25}\)
\(\cos\alpha\;=\;\frac{\sqrt{l^{2\;}-\;h^2}}l\;\)
\(F\;=\;\frac{4\;\times\;10^{3\;}\;\times\;9,8\;\times\left(1\;+\;0,1\;\sqrt{l^{2\;}-\;h^2}\right)}{25}\;=\;5,5\;\times\;10^3\;Н\;=\;5,5\;кН\)
Масса и вес — Циклопедия
Масса и вес — совокупность сведений, относительно взаимосвязей физических величин масса и вес тела.
[править] Масса и вес в быту
В быту массу объекта или тела часто называют его весом, но с точки зрения науки эти понятия различны.[1]
[править] Масса и вес в физике
Согласно физике, масса — это количество «материи» в объекте (хотя «материю» определить трудно), а вес — это сила, действующая на объект из-за земного притяжения[2]. Сила и вес в физике измеряются в ньютонах, масса — в килограммах. Объект массой 1,0 кг на Земле весит 9,81 ньютона (масса умножается на ускорение свободного падения). Физику нельзя сказать, что вес тела равен 1 кг, потому что килограмм — это единицы массы, а сила измеряется в ньютонах. Вес объекта будет меньше на Марсе и больше на Сатурне. В открытом космосе вес пренебрежимо мал. Однако масса в этих случаях остаётся одинаковой.
Многие известные нам физические законы движения тел связаны с понятием массы.Масса — это мера инертности. Согласно законам Ньютона и выведенной физиком формуле, объект с массой m (один килограмм) будет ускоряться со скоростью один метр в секунду в квадрате[комм 1] при воздействии силы F один ньютон.
- [math]f=ma[/math]
Инерцию можно рассмотреть на примере шара для боулинга. Пустим его горизонтально на ровную поверхность: таким образом заметим инерцию. А вот вес можно наблюдать, подняв шар над землей. Чтобы удержать шар, нужно прилагать силу, противостоящую весу. Вес шара для боулинга на Луне будет равен примерно [math]1/6[/math]от земного веса, а масса останется неизменной. Таким образом, если гравитация оказывает на какой-либо процесс незначительное влияние, то этот процесс в космосе будет проходить так же, как и на Земле. Например, бильярдные шары на бильярдном столе после удара разлетятся и отскочат с теми же скоростями, что и на Земле. А падать в лузы они будут медленнее.
В физике термины «масса» и «вес» значительно отличаются друг от друга, путать их нельзя. В повседневной жизни слова «вес» и «масса» — это синонимы. Например, если речь идёт о товарах и говорят про вес, то имеют в виду массу. А вот давление шин — это свойство, связанное именно с весом.
До конца XX века вес и масса различались не всегда. Поэтому иногда пишут, например, «молекулярный вес», а имеют в виду молекулярную массу.
Масса и вес имеют разные единицы измерения. В Международной системе единиц (СИ) килограмм — единица массы, а ньютон — силы (веса). Вне СИ килограмм используют и для веса. Аналогичные понятия есть и в неметрической системе мер.
[править] Измерение массы и веса
С весом можно производить вычисления точно так же, как и с любой другой силой.
[править] Вес на Земле
У объектов, расположенных на Земле, есть вес. Правда, иногда его трудно измерить. Примером такого «трудноизмеримого» объекта является предмет, плавающий в воде. Кажется, что он невесом, потому что поддерживается водой. Однако на самом деле он переносит свой вес на дно контейнера, там увеличивается давление.
Примером такого объекта является воздушный шар, содержащий гелий. Шар имеет массу. Может показаться, что у него нет веса (или вес отрицательный) Это связано с тем, что шар движется в воздушном пространстве. Однако на самом деле вес воздушного шарика и газа внутри него переносится на поверхность Земли, измерить этого вес невозможно.
Аналогичный пример — движение самолёта. Вес самолёта распределяется по земле, но не исчезает. Самолёт, находящийся в горизонтальном поле ничем не отличается от самолёта на взлётной полосе: просто его вес распределяется на большую площадь.
[править] Масса, гравитация и инерция
Более правильное определение массы в физике даётся с помощью инерции. Инерция — это свойство объекта, которое позволяет ему оставаться неподвижным после столкновения с другим объектом. А вот гравитационный вес — это сила, которая появляется, когда на массу действует гравитационное поле. При этом объект удерживается на поверхности планеты.[3]
Вес объекта может меняться в зависимости от гравитационного поля. Масса постоянна. (за исключением случаев, связанных с релятивистскими эффектами). Чтобы изменить массу, нужно добавить к объекту энергию или вещество[комм 2] . Например, хотя спутник на орбите «невесом», но у него есть масса и инерция. Если астронавт попытается ускорить спутник, ему придётся приложить для этого силу. Если масса спутника увеличится в 10 раз, то и сила, которую нужно приложить к спутнику, увеличится в 10 раз.
[править] Преобразование массы в вес (на Земле)
Гравитационные аномалии в Южном океане.Когда вес объекта выражают в килограммах, фактически имеют в виду такую единицу измерения, как килограмм-сила. Учёные установили, что ускорение свободного падения (g) примерно равно 9,8 м/с2 . Генеральная конференция по мерам и весам установила значение g, равное 9,80665 м/с 2. Из этого определения следует, что килограмм-сила — это 9,80665 ньютонов. В действительности g — непостоянная величина, котора может изменяться из-за широты, высоты и плотности грунта. Однако эти различия составляют всего лишь несколько десятых процента. Подробнее см. Гравиметрия.
Разницу между массой и весом чётко видят учёные и инженеры. Инженеры преобразуют массу объектов в вес. Для этого они умножают массу на коэффициент, равный 9,8 (более точного приближения, как правило, не требуется). Свойства материала, такие как модуль упругости, измеряются в ньютонах и паскалях (единица давления, связанная с ньютоном), но не в килограммах.
[править] Плавучесть и вес
Объект погружен в жидкость или газ. Выталкивающая сила равна весу жидкости, которую вытесняет тело. Это свойство справедливо для любой жидкости.Обычное соотношение между массой и весом — прямая пропорциональность. Однако оно нарушается вне Земли и в некоторых других случаях. Обычно мы считаем, что если масса объекта в сто раз больше, то и вес у него будет в 100 раз больше. Однако это не всегда так.
Рассмотрим воздушный шар. Когда такой шар полностью заполнен гелием, он обладает плавучестью, выталкивающая сила противостоит гравитации. Затем шарик становится нейтрально плавучим и может летать по дому на высоте 1-2 м. В таком случае можно заметить, что пока шар не сдвинуть, он будет стоять на месте. Кажется, что он невесом (но на самом деле его вес перераспределился на поверхность, поэтому его нельзя измерить).
При этом резина не меняет свою массу, она равна нескольким граммам.
Однако нужно отметить, что плавучесть не приводит к тому, что вес исчезает бесследно. Вместо этого вес ложится на поверхность (правда, измерить его в таком случае невозможно).
Так, если бы кто-то взвесил небольшой детский бассейн, в который кто-то вошел и начал бы в нём плавать, он обнаружил бы, что вес человека учтён весами. Плавающий объект будет весить меньше, однако вес лишь перераспределится на опору. Поскольку воздух — газ (а в данном случае газы обладают свойствами, похожими на свойства жидкости), подобные утверждения можно сделать и о воздухе. Значит, они справедливы и для Земли.
Эффект плавучести влияет не только на воздушные шарики. Так, воздух — это флюид, поэтому все частицы (размером больше, чем пылинки) оказывают определенное влияние на Землю.[комм 3]
Выталкивающая сила может противостоять силе тяжести. Однако следует понимать, что жидкость ничем не отличается от газов: вес никуда не пропадает, он просто переносится в другое место.
Масса «невесомых» (нейтрально плавучих) воздушных шариков заметить, массу больших воздушных шаров — проще. Воздушные шары легко поднимаются в воздух, однако сдвинуть их в горизонтальном направлении человеку не под силу.
Выталкивающая сила подчиняется закону Архимеда, который гласит, что она равна весу жидкости (газа), которую вытеснил объект. Если это воздух, то выталкивающая сила может быть небольшой
[править] Выталкивающая сила как проблема для измерительных приборов
Обычно влияние выталкивающей силы невелико, чтобы помешать нормальной жизнедеятельности.[комм 4] Однако она может помешать метрологическим приборам. При изготовлении приборов для измерения учитывается выталкивающая сила. Для более точной работы приборов используют эталоны килограмма Учитывая чрезвычайно высокую стоимость платино-иридиевого сплава, из которого создан Международный эталон килограмма, эталоны проще изготовить из сплавов[комм 5][4] плотностью около 8000 кг/м3, такие эталоны, правда, занимают больший объём, чем платино-иридиевые. Для нержавеющей стали было введено понятие «условной массы».[5] Условная масса — это масса эталона плотностью 8000 кг/м 3, который находится в воздухе плотностью 1,2 кг/м3. Несмотря на то, что коррекция составляет всего 150 ppm, она обязательно должна проводиться.
При каждой калибровке весов необходимо учитывать влияние выталкивающей силы. Поэтому шкалу калибруют с учётом тех самых 150 ppm. Когда измеряют вес, измеряют его условную массу, настоящая масса остаётся неизвестной (так как она равна массе, из которой нужно вычесть неизвестное влияние выталкивающей силы. При некоторых подсчётах влияние выталкивающей силы могут не учитывать.
[править] Типы весов и предметы, которые они измеряют
Показания таких весов не зависят от силы тяжести Напольные весы. На их показания влияет сила тяжести.Масса, показываемая чашечными весами, не меняется в зависимости от расположения весов. Это связано с тем, что весы сравнивают гравитационную силу, действующую на человека, с силой, действующей на противовесы. В любой точке Земли их показания одинаковы.
Но если вы наступаете на цифровые весы, то движение Земли может скорректировать показания весов. На практике весы часто корректируют на месте, чтобы добиться желаемой точности.[6]
[править] Использование массы и веса в торговле
Министерство торговли США и Национальный институт стандартов и технологий (NIST) определили, как необходимо использовать понятия «масса» и «вес» в торговле:
Масса объекта — это показатель, связанный с инертностью тела или с количеством материи в нём. Вес объекта — это сила воздействия тела на опору или подвес, или сила, которую необходимо приложить для того, чтобы удержать объект. Ускорение свободного падения равно приблизительно 9,8 м/с². В повседневном использовании и торговле термин «вес» —— тоже самое, что и масса. На упаковке можно использовать как «вес нетто», так и «масса нетто». Использование термина «масса» встречается в мире часто, в Америке — тоже. Добавлено в 1993 году.
{{{1}}}
V. «Mass» and «Weight.» [NOTE 1, See page 6] The mass of an object is a measure of the object’s inertial property, or the amount of matter it contains. The weight of an object is a measure of the force exerted on the object by gravity, or the force needed to support it. The pull of gravity on the earth gives an object a downward acceleration of about 9.8 m/s2. In trade and commerce and everyday use, the term «weight» is often used as a synonym for «mass.» The «net mass» or «net weight» declared on a label indicates that the package contains a specific amount of commodity exclusive of wrapping materials. The use of the term «mass» is predominant throughout the world, and is becoming increasingly common in the United States. (Added 1993)
Использование терминов «Масса» и «Вес». Здесь термин «вес» означает «масса». Термин «вес» появляется, когда использована английская система мер, или когда использованы как английские меры, так и единицы измерения СИ. Термин «масса» или «массы» используется, когда речь идёт только о системе СИ. Там, где используется понятие «вес», добавляется примечание: «в этом законе или нормативном документе понятия „вес“ и „масса“ — синонимы. См. абзацы V и W в Первой части Введения NIST Handbook 130, где указано значение этих терминов».
{{{1}}}
W. Use of the Terms «Mass» and «Weight.» [NOTE 1, See page 6]When used in this handbook, the term «weight» means «mass». The term «weight» appears when inch-pound units are cited, or when both inch-pound and SI units are included in a requirement. The terms «mass» or «masses» are used when only SI units are cited in a requirement. The following note appears where the term «weight» is first used in a law or regulation.
NOTE 1: When used in this law (or regulation), the term «weight» means «mass.» (See paragraph V. and W. in Section I., Introduction, of NIST Handbook 130 for an explanation of these terms.) (Added 1993) 6″
Федеральный закон США также определяет вес в пересчёте на массу. См. 21CFR101 Часть 101.105 — Декларация чистого количества содержимого, если оно освобождено:
На упаковке должно быть указано количество продукта, выраженное в определённых единицах. Так, может описываться вес, размер, количество. На одном продукте может быть указано сразу несколько таких величин. Это число должно даваться в единицах измерения жидких тел, если продукт — жидкость. Во всех остальных случаях должен указываться вес. Однако фрукты и овощи могут продаваться не по весу, а по количеству. Если в некоторой отрасли сложилась практика использования единицы измерения жидких тел вместо единиц измерения твёрдых тел, использовать их допускается. Однако проверяющий может вынести решение о том, что указание количества продукта в тех или иных случаях запутывает потребителя. В таком случае единицы измерения могут быть изменены. Примечание: значение понятия «вес» находится в разделе «Определение фунта и унции».
{{{1}}}
(a) The principal display panel of a food in package form shall bear a declaration of the net quantity of contents. This shall be expressed in the terms of weight, measure, numerical count, or a combination of numerical count and weight or measure. The statement shall be in terms of fluid measure if the food is liquid, or in terms of weight if the food is solid, semisolid, or viscous, or a mixture of solid and liquid; except that such statement may be in terms of dry measure if the food is a fresh fruit, fresh vegetable, or other dry commodity that is customarily sold by dry measure. If there is a firmly established general consumer usage and trade custom of declaring the contents of a liquid by weight, or a solid, semisolid, or viscous product by fluid measure, it may be used. Whenever the Commissioner determines that an existing practice of declaring net quantity of contents by weight, measure, numerical count, or a combination in the case of a specific packaged food does not facilitate value comparisons by consumers and offers opportunity for consumer confusion, he will by regulation designate the appropriate term or terms to be used for such commodity. (b)(1) Statements of weight shall be in terms of avoirdupois pound and ounce.
- ↑ В метрологии (науке об измерениях), ускорению свободного падения присвоено стандартное значение 9,80665 метров на секунду в квадрате. Фраза «метр на секунду в квадрате («1 м/с2 ») означает, что после каждой прошедшей секунды скорость увеличивается на 1 м/с. Один метр на секунду в квадрате равен ускорению 3,6 км/ч в секунду.
- ↑ См. о массе в специальной теории относительности для информации о массе в этом контексте. При ускорении до скорости, близкой к скорости света, на тело начинают действовать другие законы.
- ↑ На объекты небольшого размера сильно влияет броуновское движение, поэтому они не подвержены этому.
- ↑ Плотность воздуха равна 1160 г/м, плотность человеческого тела примерно соответствует плотности воды (если легкие расслаблены).
- ↑ Например, для перекалибровки американского эталона килограмма использовали международный эталон. Примером эталонов, состоящих не из меди и иридия, могут служить эталоны, упомянутые в отчете о перекалибровке. Один из них (D2) содержал 18 % хрома и 8 % никеля. Другой (CH-1) содержал 29,9 % хрома, 25,1 % никеля, 2,2 % молибдена, 1,45 % марганца, 0,53 % кремния, 0,2 % меди, 0,07 % углерода, 0,0019 % фосфора.
| ||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||
|
Сколько я должен весить?
Определение индекса массы тела
Что такое индекс массы тела?
Определить, сколько вам следует весить, не просто посмотреть на диаграмму роста и веса, а нужно учесть количество костей, мышц и жира в составе вашего тела.
Количество жира — критическое измерение. Хорошим показателем того, сколько у вас жира, является индекс массы тела (ИМТ). Хотя это не идеальный показатель, он дает довольно точную оценку того, какая часть вашего тела состоит из жира.
Как узнать, что у меня избыточный вес?
Воспользуйтесь инструментом на этой странице, чтобы рассчитать свой ИМТ. ИМТ выше 24,9 может означать, что у вас избыточный вес. Обратите внимание, что это приблизительные значения, и они предназначены для использования только в качестве приблизительного ориентира.
Если вы беспокоитесь о своем ИМТ или пытаетесь похудеть, поговорите со своим лечащим врачом. Вы также можете обратиться в Центр похудания и медицины образа жизни Rush, который предлагает индивидуальные программы по снижению веса и оздоровлению для людей всех возрастов. Вы также можете обратиться в Центр питания и оздоровления Rush или Центр профилактики Университета Rush. Эти программы предлагают консультации по питанию и помогают изменить образ жизни.
Врачи в Rush предлагают бариатрические операции некоторым людям с патологическим ожирением (с ИМТ не менее 40 или ИМТ не менее 35 плюс заболевание, связанное с ожирением, например диабет или высокое кровяное давление).
Таблица роста и веса
| Высота | Масса | ||
|---|---|---|---|
| Обычный | Избыточный | Ожирение | |
| 4 ’10 « | от 91 до 118 фунтов. | от 119 до 142 фунтов. | от 143 до 186 фунтов. |
| 4 ’11 « | от 94 до 123 фунтов. | от 124 до 147 фунтов. | от 148 до 193 фунтов. |
| 5 мин. | от 97 до 127 фунтов. | от 128 до 152 фунтов. | от 153 до 199 фунтов. |
| 5 ‘1 « | от 100 до 131 фунтов. | от 132 до 157 фунтов. | от 158 до 206 фунтов. |
| 5 футов 2 дюйма | от 104 до 135 фунтов. | от 136 до 163 фунтов. | от 164 до 213 фунтов. |
| 5 футов 3 дюйма | от 107 до 140 фунтов. | от 141 до 168 фунтов. | от 169 до 220 фунтов. |
| 5 футов 4 дюйма | от 110 до 144 фунтов. | от 145 до 173 фунтов. | от 174 до 227 фунтов. |
| 5 футов 5 дюймов | от 114 до 149 фунтов. | От 150 до 179 фунтов. | от 180 до 234 фунтов. |
| 5 футов 6 дюймов | от 118 до 154 фунтов. | от 155 до 185 фунтов. | от 186 до 241 фунтов. |
| 5 футов 7 дюймов | от 121 до 158 фунтов. | от 159 до 190 фунтов. | от 191 до 249 фунтов. |
| 5 ‘8 « | от 125 до 163 фунтов. | от 164 до 196 фунтов. | от 197 до 256 фунтов. |
| 5 ‘9 « | от 128 до 168 фунтов. | от 169 до 202 фунтов. | от 203 до 263 фунтов. |
| 5 ’10 « | от 132 до 173 фунтов. | от 174 до 208 фунтов. | от 209 до 271 фунтов. |
| 5 ’11 « | от 136 до 178 фунтов. | от 179 до 214 фунтов. | от 215 до 279 фунтов. |
| 6 мин. | от 140 до 183 фунтов. | от 184 до 220 фунтов. | от 221 до 287 фунтов. |
| 6 ‘1 « | от 144 до 188 фунтов. | от 189 до 226 фунтов. | от 227 до 295 фунтов. |
| 6 футов 2 дюйма | от 148 до 193 фунтов. | от 194 до 232 фунтов. | от 233 до 303 фунтов. |
| 6 футов 3 дюйма | От 152 до 199 фунтов. | от 200 до 239 фунтов. | от 240 до 311 фунтов. |
| 6 футов 4 дюйма | от 156 до 204 фунтов. | от 205 до 245 фунтов. | от 246 до 320 фунтов. |
| ИМТ | 19 до 24 | от 25 до 29 | от 30 до 39 |
Источник: Национальные институты здравоохранения. Не видите свой вес? Учить больше.
почему вес — плохой показатель эффективности
Весы для ванной могут сказать вам, сколько там находится, но не скажут, что там.Джеймс Маршалл пишет, что знание состава вашего тела и, в частности, уровня жира в организме позволяет более точно планировать и измерять результаты ваших тренировок и диетических программ.
Человеческое тело состоит из множества различных веществ, все из которых необходимы для нашего функционирования. К ним относятся вода, мышцы, кости, органы и жир. Но хотя жир является важной частью человеческого тела, необходимой для обеспечения энергией для длительных занятий спортом, а также для защиты от холода и защиты жизненно важных органов, он часто изображается как нежелательный элемент, который необходимо устранить при все затраты.
С точки зрения здоровья, слишком много жира связано с диабетом и ишемической болезнью сердца, в то время как пониженное соотношение мощности к весу, которое он производит, неизбежно ведет к ухудшению спортивных результатов. Чтобы определить, есть ли повышенный риск ишемической болезни сердца и других заболеваний, связанных с ожирением, можно выполнить очень простое измерение «полноты». Это индекс массы тела (ИМТ), определяемый массой тела в килограммах, деленной на квадрат роста в метрах. Например, спортсмен весом 80 кг, которому 1 год.При росте 78 метров ИМТ 80 делится на 1,782, или 25,2. Считается, что люди с ИМТ более 27 подвергаются значительно большему риску проблем со здоровьем, чем лица моложе 27.
И наоборот, спортсменки с очень низким ИМТ (18 и ниже) могут подвергаться риску развития нерегулярных менструальных циклов (1) . Женщины с низкой массой тела также могут подвергаться большему риску развития остеопороза.
Остеопороз, заболевание, характеризующееся снижением прочности костей и снижением общего содержания минералов в костях (BMC), наиболее часто встречается у женщин в постменопаузе, но также и у женщин, ведущих малоподвижный образ жизни, и тех, чья диета бедна кальцием.Было показано, что фактическая масса тела является лучшим показателем BMC, чем состав тела у женщин всех возрастов, причем у более тяжелых женщин значения BMC выше (2) . Однако измерение состава тела может помочь спортсменкам достичь здоровой массы тела, что снижает риск остеопороза и нерегулярных менструаций, но обеспечивает оптимальную работоспособность и снижает риск ишемической болезни сердца и диабета из-за чрезмерного ожирения.
Мерный жир
Простое измерение веса, стоя на весах, не позволяет определить, есть ли у вас оптимальный уровень жира в организме для вашего возраста, пола и выбранного вида спорта.Более того, спортсмены, которые тренируются с отягощениями, с большей вероятностью будут иметь большую массу без жира и, следовательно, будут тяжелее, чем люди, не занимающиеся спортом, поэтому ИМТ не всегда является точным инструментом для спортсменов.
Например, недавнее исследование игроков Национальной футбольной лиги США (НФЛ) сравнило нынешних игроков с игроками 30-летней давности по широкому спектру показателей состава тела, включая рост, вес, массу без жира и индекс массы тела (3) . Средний ИМТ для нынешних лайнменов защиты был колоссальным 34.6, исходя из среднего роста 1,92 метра и веса 127 кг. Тем не менее, их средний процент жира в организме составлял всего 18,5, что было в пределах здоровых пределов нормального населения (см. Таблицу 1 ниже).
| Классификация | % жиров | |
| Женщины | Мужчины | |
| Незаменимый жир | 11-14 | 3-5 |
| Спортсмены | 12-22 | 5-13 |
| Фитнес | 16-25 | 12-18 |
| Потенциальный риск | 26-31 | 19-24 |
| Ожирение | 32 и выше | 25 и выше |
Сравните эти результаты с исследованием 36 профессиональных и 39 любительских борцов сумо, которые имели средний вес 117 кг и ИМТ 36.5 и процентное содержание жира в организме 26,2, что соответствует клиническому ожирению (4) . Борьба сумо требует многих действий, аналогичных тем, что используются в защите в НФЛ, но, несмотря на схожий ИМТ, существует очень значительная разница в составе тела между этими двумя видами спорта.
Как тренировки влияют на состав тела?
Если вы решили установить цель по весу и сколько или мало из этого веса должно составлять жир, что вы можете сделать для достижения своей цели? Хорошей новостью является то, что сочетание диеты и тренировок позволит вам изменить состав тела.Плохая новость заключается в том, что это требует последовательного подхода, а также то, что любые изменения не являются постоянными, но их можно легко обратить вспять, если вернуться к старым привычкам.
* Измерение процентного содержания жира в организме
Процентное содержание жира в организме можно определить несколькими методами, каждый из которых пытается определить, какой процент от общей массы тела составляет жир (и что такое безжировая ткань). Эти методы включают:
* Гидростатическое взвешивание
требует использования резервуара, который позволяет измерять объект под водой.Сравнивается подводный вес и сухой вес испытуемого с учетом остаточного объема воздуха в легких, влияющего на плавучесть. Поскольку жир менее плотный, чем другие ткани тела, он легче плавает. Чем больше у спортсмена, тем больше разница между сухим и влажным весом. Это очень точное измерение, но оно требует много времени, трудозатратно и недоступно для большинства групп населения.
* Анализ биоэлектрического импеданса
измеряет уровень сопротивления току через тело.Поскольку вода хорошо проводит электрический ток, ткани с более высоким уровнем воды (мышцы) проводят электричество лучше, чем ткани с более низким уровнем (жир). Путем определения сопротивления электрическому току определяется процентное содержание жира в организме. Это измерение является достаточно точным, но зависит от уровня гидратации объекта, поэтому субъекты, которые употребляли алкоголь, кофеин или занимались физическими упражнениями в течение предыдущих 12 часов, могут быть обезвожены и не получить точные показания.Женщины могут получать разные измерения в разные моменты менструального цикла из-за задержки воды (5) .
* Суппорты Skinfold
используются для измерения уровня подкожного жира на разных участках тела. Обычно используются трицепс, двуглавая мышца, подлопаточной мышцы , надподвздошной и бедро. Тестер измеряет участок, отщипывая жир от тела испытуемого, а затем помещая штангенциркуль на полпути между основанием и вершиной складки.Затем снимается показание в миллиметрах. Затем сумму этих кожных складок вводят в уравнение и получают процентное содержание телесного жира. Возможны последовательные измерения суммы кожных складок, но для этого требуется точное определение местоположения участков на теле и наличие должным образом обученных и квалифицированных специалистов.
Место подлопаточной кожной складки
Место для надподвздошной кожной складки
Все три из этих методов делают определенные предположения в используемых уравнениях, и при использовании этих предположений для различных групп населения могут быть сделаны ошибки.Плотность костной ткани варьируется у разных этнических групп и в разных возрастных группах одного и того же этнического происхождения, поэтому формулы, используемые для подводного взвешивания и биоэлектрического импеданса, могут быть неточными для небелых людей, детей или пожилых людей.
Точно так же уравнения, используемые для преобразования суммы кожных складок в процентное содержание жира в организме, в основном получены из здоровых белых молодых людей. Следует проявлять осторожность при применении этих уравнений к людям с избыточным весом, пожилым, молодым и небелым группам (6) .Многие спортсмены и женщины считают, что им не о чем беспокоиться; они много тренируются, едят то, что хотят, и поддерживают хорошую форму. Однако этот подход может быть несколько случайным, потому что, хотя общий вес может оставаться неизменным, состав тела может измениться и может указывать на изменение производительности. Возьмем, к примеру, лигу борьбы и регби в течение сезона, и мы видим, что состав тела не всегда является постоянной мерой.
Борьба в колледжах США — сезонный вид спорта, который проводится с октября по март и состоит из 20-30 матчей.Борцов разделяют на весовые категории, поэтому за составом тела постоянно следят, чтобы у борца не было лишнего жира, который мог бы помешать выступлению.
В исследовании 10 борцов из колледжей III дивизиона США были приняты различные меры по составу тела до, в середине и после сезона, а также тесты на мышечную силу и мышечную мощность (7) . Процент жира в организме и масса тела существенно не изменились на протяжении всего исследования, средний вес борцов составлял 67.5 кг и 10,5% жира в середине сезона. Мускульная сила оставалась неизменной на протяжении всего сезона, но немного снизилась.
Однако изменения в составе тела действительно произошли при исследовании 52 игроков лиги регби в Австралии за сезон с апреля по август после предсезонной подготовки, которая началась в декабре (8) . У игроков была измерена сумма складок кожи, а также максимальная аэробная сила и максимальная мышечная сила на четырех этапах года:
- Межсезонье;
- Предсезонный;
- Среднеспелый;
- Конец сезона.
Кожные складки были самыми низкими, а аэробная и мышечная сила были самыми высокими в предсезонный период, когда игроки тренировались больше всего. По мере того, как сезон прогрессировал, их количество кожных складок увеличивалось, их аэробная и мускульная сила снижалась и, что интересно, частота их травм увеличивалась. К концу сезона тренировочная нагрузка была минимальной, а игровое время — максимальным.
Масса тела и состав тела являются ключевыми факторами в студенческой борьбе, потому что борцам необходимо поддерживать постоянный вес, чтобы войти в свои боевые категории.Напротив, эти факторы не являются основным направлением в лиге регби, где любое ухудшение физической формы и увеличение жировых отложений в конце сезона произойдет как раз в то время, когда матчи станут более интенсивными по мере того, как кубковые соревнования подходят к своему финалу, и плей-офф в конце сезона и битвы за повышение / понижение достигают критической точки.
Короче говоря, занятия спортом по вашему выбору не гарантируют, что ваше телосложение или другие области физической подготовки останутся стабильными. Тем не менее, измеряя состав тела, вы можете определить, остается ли ваш уровень жира постоянным или изменяется, и, следовательно, вы можете соответствующим образом реализовать сезонную программу тренировок и диеты.
Измерение состава тела и определение его состава
Комбинация диеты и тренировок может помочь вам контролировать состав вашего тела, но здесь задействовано множество поведенческих факторов, и любому изменению поведения будет способствовать поддержка и обучение из внешних источников, таких как ваша семья, друзья, сверстники и тренеры. Было показано, что простая программа тренировки с отягощениями , состоящая из 75-минутной тренировки три раза в неделю с контролем диеты, увеличивает массу без жира и содержание минералов в костях у детей с ожирением (9) всего за шесть недель.Однако изменения в составе вашего тела могут быть не такими простыми и будут зависеть от вашего текущего уровня тренировок, того, сколько у вас времени и насколько легко вам изменить свой рацион. Какой бы путь вы ни выбрали, от законов химической термодинамики никуда не деться; на каждый фунт жира, который вы хотите сбросить, вам необходимо создать дефицит в 3500 ккал за счет увеличения выработки энергии (более длительные, более частые или более напряженные тренировки), сокращения потребления калорий или сочетания два.
Стратегия измерения
Один из самых простых и надежных способов измерения состава вашего тела — это вычислить сумму измерений кожной складки на четырех или пяти участках вашего тела. Затем вы можете сравнить это с суммой в будущем, когда будете заново оценивать себя. Однако вам понадобится пара штангенциркулей и помощник, который сможет измерить участки.
Наиболее распространенными участками являются бицепс, трицепс, подлопаточная и надподвздошная области, но Британская олимпийская ассоциация также рекомендует измерять нижнюю часть тела, такую как передняя часть бедра, и включать в нее (10) .Используя сумму кожных складок вместо преобразования в процентное содержание телесного жира с помощью уравнений, вы можете устранить ошибки, присущие уравнениям преобразования, но при этом иметь полезную меру уровня подкожного жира.
Например, предположим, что пять участков дают вам общую кожную складку 45 мм. Вы решаете, что это соответствует низкому уровню физической подготовки и работоспособности, и чувствуете, что вам следует сбросить немного жира. Затем вы выполняете шестинедельную программу контроля диеты и дополнительные 30 минут велосипедных прогулок с низкой интенсивностью дважды в неделю.Вы повторно тестируете и обнаруживаете, что сумма кожных складок упала до 39 мм. Затем вы можете решить, что ваш идеальный результат находится где-то между 35 и 39 мм, и стараться поддерживать его в течение года.
Последовательный подход к мониторингу состава тела в сочетании с соответствующими тренировками может помочь предотвратить циклический подъем и спад, состоящий из набора / потери жира и снижения производительности по мере прохождения сезона. Это поможет вам сохранить здоровый состав тела и улучшить показатели в межсезонье, предсезонье и в сезон.
Джеймс Маршалл Магистр наук, CSCS, ACSM / HFI управляет компанией Excelsior, занимающейся спортивными тренировками.
Список литературы
- Journal of Sport Sciences 1998; 1
гравитация | Определение, физика и факты
- Разберитесь в концепции гравитационной силы, используя теорию гравитации Ньютона
Объяснение гравитационной силы.
Encyclopædia Britannica, Inc. См. Все видео по этой статье - См. Эксперименты, описывающие гравитацию и почему невесомость или невесомость влияют на Землю
Обзор гравитации с акцентом на невесомость.
Contunico © ZDF Enterprises GmbH, Майнц См. Все видеоролики по этой статье
Гравитация , также называемая гравитацией , в механике — универсальная сила притяжения, действующая между всеми веществами. Это, безусловно, самая слабая из известных сил в природе, поэтому она не играет никакой роли в определении внутренних свойств повседневной материи. С другой стороны, благодаря своему большому радиусу действия и универсальному действию он контролирует траектории тел в Солнечной системе и в других частях Вселенной, а также структуры и эволюцию звезд, галактик и всего космоса.На Земле все тела имеют вес или силу тяжести, направленную вниз, пропорциональную их массе, которую масса Земли оказывает на них. Сила тяжести измеряется ускорением, которое она дает свободно падающим объектам. У поверхности Земли ускорение свободного падения составляет около 9,8 метра (32 фута) в секунду в секунду. Таким образом, каждую секунду, когда объект находится в свободном падении, его скорость увеличивается примерно на 9,8 метра в секунду. У поверхности Луны ускорение свободно падающего тела составляет около 1,6 метра в секунду в секунду.
Гравитационная линза, наблюдаемая космическим телескопом Хаббла. На этом снимке галактическое скопление, находящееся на расстоянии около пяти миллиардов световых лет от нас, создает мощное гравитационное поле, которое «искривляет» свет вокруг себя. Этот объектив создает множественные копии голубой галактики, находящейся примерно в два раза дальше. В круге вокруг объектива видны четыре изображения; пятая видна около центра изображения.
Фотография AURA / STScI / NASA / JPL (Фото НАСА № STScI-PRC96-10)Британская викторина
Викторина «Все о физике»
Кто из этих людей был первым ученым, проведшим эксперимент по управляемой цепной ядерной реакции?
Работы Исаака Ньютона и Альберта Эйнштейна доминируют в развитии теории гравитации.Классическая теория гравитационной силы Ньютона господствовала с его Principia , опубликованного в 1687 году, до работ Эйнштейна в начале 20 века. Теории Ньютона даже сегодня достаточно для всех, кроме самых точных приложений. Общая теория относительности Эйнштейна предсказывает лишь незначительные количественные отличия от ньютоновской теории, за исключением нескольких частных случаев. Главное значение теории Эйнштейна состоит в ее радикальном концептуальном отходе от классической теории и ее значении для дальнейшего развития физической мысли.
Запуск космических аппаратов и развитие исследований с их помощью привели к значительным улучшениям в измерениях силы тяжести вокруг Земли, других планет и Луны, а также в экспериментах по изучению природы гравитации.
Развитие теории гравитации
Ранние концепции
Ньютон утверждал, что движения небесных тел и свободное падение объектов на Земле определяются одной и той же силой. С другой стороны, классические греческие философы не считали, что небесные тела подвержены действию гравитации, потому что тела наблюдались постоянно повторяющимися неубывающими траекториями в небе.Таким образом, Аристотель считал, что каждое небесное тело следует определенному «естественному» движению, на которое не влияют внешние причины или факторы. Аристотель также считал, что массивные земные объекты обладают естественной тенденцией двигаться к центру Земли. Эти аристотелевские концепции преобладали на протяжении веков вместе с двумя другими: что для тела, движущегося с постоянной скоростью, требуется непрерывная сила, действующая на него, и что сила должна быть приложена путем контакта, а не взаимодействия на расстоянии. Эти идеи обычно сохранялись до XVI и начала XVII веков, тем самым препятствуя пониманию истинных принципов движения и препятствуя развитию идей о всемирном тяготении.Этот тупик начал меняться с появлением нескольких научных вкладов в проблему движения Земли и небес, что, в свою очередь, заложило основу для более поздней теории гравитации Ньютона.
Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодняНемецкий астроном 17-го века Иоганн Кеплер принял аргумент Николая Коперника (восходящий к Аристарху Самосскому) о том, что планеты вращаются вокруг Солнца, а не Земли. Используя улучшенные измерения движения планет, выполненные датским астрономом Тихо Браге в 16 веке, Кеплер описал планетные орбиты с помощью простых геометрических и арифметических соотношений.Три количественных закона движения планет Кеплера:
- Планеты описывают эллиптические орбиты, из которых Солнце занимает один фокус (фокус — это одна из двух точек внутри эллипса; любой луч, выходящий из одной из них, отражается от одной стороны эллипса и проходит через другой фокус).
- Линия, соединяющая планету с Солнцем, проходит через равные области в равное время.
Квадрат периода обращения планеты пропорционален кубу ее среднего расстояния от Солнца.
В этот же период итальянский астроном и естествоиспытатель Галилео Галилей продвинулся в понимании «естественного» движения и простого ускоренного движения земных объектов. Он понял, что тела, на которые не действуют силы, продолжают бесконечно двигаться, и что сила необходима для изменения движения, а не для поддержания постоянного движения.