Вес тела
Силу с которой Земля притягивает к себе тела, называют силой тяжести. Она действует на все тела, находящиеся около Земли. Если эти тела не падают на Землю, то это происходит из-за того, что их движение ограничено другими телами, например, опорой, нитью, пружиной и т.д.
Тела, служащие ограничителями перемещения других тел, называют связями. Связи препятствуют свободному движению тела. Так, поверхность стола — связь для книги, которая лежит на нем, пол — связь для стола, который стоит на этом полу.
При воздействии силы тяжести, связи подвергаются деформации, при этом реакция деформированной связи, уравновешивает силу тяжести. Деформации некоторых связей легко увидеть, так деформация пружины, если подвесить на нее груз легко увидеть. Деформации некоторых других связей можно обнаружить только при помощи точных приборов, которые регистрируют маленькие перемещения.
Определение веса тела
Весом тела ($overline
$) называют силу, с которой тело оказывает воздействие на опору или подвес вследствие притяжения тела к Земле.
Если тело находится в состоянии покоя относительно поверхности Земли, сила тяжести уравновешивается реакцией опоры или подвеса, удерживающей тело от падения:
В соответствии с третьим законом Ньютона тело действует на связь с силой $overline
$, равной по модулю силе $
Вес тела и сила тяжести
Обратим внимание еще раз, вес тела равен силе тяжести ($moverline
Вес тела может быть как больше $moverline
Для измерения веса используют реакцию деформированной связи. С этой целью используют динамометр (пружинные весы), который градуируют в единицах силы.
Можно измерить вес другим способом, используя равноплечие весы. Подбирают гирю-эталон (это тело, вес которого равен единице силы). Делают гири, которые в несколько раз больше или меньше эталона. Такую систему гирь называют разновесом. На одну чашу весов укладывают тело, вес которого следует найти, на другую чашу ставят гири до уравновешивания весов. Для равновесия равноплечих весов нужно, чтобы на обе чаши воздействовали равные силы, следовательно, вес тела при равновесии весов, равен весу гирь.
Примеры задач с решением
Задание. В лифте к пружинным весам подвешено тело массы $m$. Лифт перемещается с ускорением $a$. Что показывают весы, если ускорение лифта направлено вертикально вверх?
Решение.Определить, что показывают весы, значит найти вес тела $P$, то есть силу, с которой это тело действует на пружину весов. Данная сила будет равна по величине и противоположна по направлению силе реакции опоры ($overline
Значит, задача сводится к нахождению силы реакции опоры ($overline
Запишем второй закон Ньютона для сил, которые действуют на груз:
Запишем проекцию (1.2) на ось Y:
Из уравнения (1.3) следует, что модуль силы реакции пружины равен:
Получаем, что весы покажут вес тела, равный силе:
Ответ. $P=mleft(a+gright)$
Задание. Самолет описывает мертвую петлю, радиус которой равен $R$. Во сколько раз вес тела летчика в нижней токи петли больше его силы тяжести ($frac
Решение. Сделаем рисунок.
Будем считать, что мертвая петля имеет форму окружности. Вес тела летчика будет сонаправлен с силой тяжести летчика в нижней точке петли, равен по модулю силе реакции опоры, на которой находится человек. Рассмотрим силы, действующие на летчика в нижней точке петли, найдем силу реакции опоры и приравняем ее к весу тела летчика.
По второму закону Ньютона и из рис. 2 имеем:
В проекции на ось Y выражение (2.1) даст формулу:
где ускорение (учитывая, что скорость самолета постоянна по величине) равно
Сила веса, формулы
Термин «вес» в физике используется редко, в основном оперируют понятиями масса и сила тела. На практике величина силы действия на опору со стороны объекта имеет определяющее значение, например, при расчете конструкций и прочего.
Вес определяют при помощи пружинных весов, которые также при определенном градуировании используют для определения массы. Принцип работы рычажных весов состоит в сравнении масс тел, на которые одинаково влияет ускорение свободного падения, или сумма ускорений для неинерциальных систем отсчета.
Когда взвешивание происходит на технических пружинных весах, величина ускорения свободного падения часто не берется во внимание, поскольку ее влияние незначительно и не влияет на точность измерения. В процессе взвешивания на рычажных весах на точность может оказывать влияние Архимедова сила, если тела имеют различную плотность.
Не стоит отождествлять понятия массы и веса. Вес есть величиной векторной, показывающей действие тела на опору. А масса является величиной скалярной и означает меру инертности тела, либо заряд гравитационного поля. Соответственно единицы измерения этих величин различны. Массу в международной системе СИ измеряют в килограммах.
Не нашли что искали?
Просто напиши и мы поможем
Формулы, применяемые для определения веса
Вес неподвижного тела в инерционной системе отсчета отождествляется с силой тяжести, что действует на него, и рассчитывается по следующей формуле:
где (m) – масса тела;
(g) – ускорение свободного падения.
Дело в том, что из-за вращения Земли вокруг своей оси наблюдается широтное увеличение веса. Так, вес ближе к полюсам больше, чем на экваторе.
Еще один фактор, что влияет на величину веса, – это аномалии гравитации, вызванные неравномерной структурой поверхности Земли. Если объект расположен рядом с другой планетой, то на ускорение свободного падения будут влиять ее размеры и масса.
Состояние невесомости, когда вес приравнивается к нулю, возможно только при отсутствии притяжения со стороны другого объекта, когда тело находится на достаточном расстоянии от него или объект пребывает в состоянии свободного падения:
Сложно разобраться самому?
Попробуй обратиться за помощью к преподавателям
Также на исследуемое тело могут действовать дополнительные силы, которые обусловлены действием гравитационного поля, к примеру, сила трения и сила Архимеда.
В чем отличие между весом и силой тяжести?
Отождествляют также понятия массы тела и его веса, тем самым усложняя ситуацию еще больше. Потому, с точки зрения науки, верное толкование данных понятий является крайне важным.
Итак, силой тяжести является такая сила, с которой Земля или другое астрономическое тело действует на объект. Рассчитывается она по формуле:
Весом является сила непосредственного действия тела на опору. Данная сила является векторной величиной.
Вес на молекулярном уровне вызывает следующие последствия:
- частичную деформацию как опоры, так и самого объекта;
- действие сил упругости;
- иногда небольшое изменение формы опоры и объекта;
- появление силы реакции опоры.
Не нашли нужную информацию?
Закажите подходящий материал на нашем сервисе. Разместите задание – система его автоматически разошлет в течение 59 секунд. Выберите подходящего эксперта, и он избавит вас от хлопот с учёбой.
Гарантия низких цен
Все работы выполняются без посредников, поэтому цены вас приятно удивят.
Доработки и консультации включены в стоимость
В рамках задания они бесплатны и выполняются в оговоренные сроки.
Вернем деньги за невыполненное задание
Если эксперт не справился – гарантируем 100% возврат средств.
Тех.поддержка 7 дней в неделю
Наши менеджеры работают в выходные и праздники, чтобы оперативно отвечать на ваши вопросы.
Тысячи проверенных экспертов
Мы отбираем только надёжных исполнителей – профессионалов в своей области. Все они имеют высшее образование с оценками в дипломе «хорошо» и «отлично».
Гарантия возврата денег
Эксперт получил деньги, а работу не выполнил?
Только не у нас!
Деньги хранятся на вашем балансе во время работы над заданием и гарантийного срока
Гарантия возврата денег
В случае, если что-то пойдет не так, мы гарантируем возврат полной уплаченой суммы
Вес тела в физике — формулы и определения с примерами
Множество тел на Земле находятся в состоянии покоя относительно ее поверхности. Почему же тела, на которые всегда действует сила тяготения, не изменяют своего положения и скорости под действием этой силы?
Ответ на этот вопрос найдем при проведении опыта. С этой целью положим линейку на две подставки и поставим на нее груз (рис. 48). Линейка деформируется. Следовательно, груз подействовал на линейку и изменил ее форму, деформировал. А при деформации возникла сила упругости, которая уравновесила силу тяготения, и груз прекратил движение к Земле.
Закрепим в штативе резиновую нить, а к ее концу прикрепим шарик. Если отпустим шарик, то он начнет двигаться вниз и будет растягивать нить до тех пор, пока сила упругости не уравновесит силу тяготения.
В обоих случаях на груз и шарик действовала сила тяготения, поэтому они, в свою очередь, действовали на линейку или резиновую нить.
Что такое вес тела
Силу, с которой тело действует на опору или подвес, называют весом тела.
Вес зависит от механического состояния тела. Если тело неподвижно относительно опоры или подвеса или движется равномерно и прямолинейно, то вес по значению и направлению совпадает с силой тяготения.
Для этого случая можно записать, что
Однако между этими силами есть и существенные различия. Так, они приложены к различным телам. Если сила тяготения приложена к данному телу, то вес приложен к опоре или подвесу (рис. 49, 50).
Отличия проявляются и тогда, когда тело и опора свободно падают под действием силы тяготения. В этом случае вес исчезает и возникает состояние невесомости.
Такую особенность веса можно наблюдать в сравнительно простых опытах. Повесим на нити, закрепленной в штативе, металлический динамометр, к крючку которого прикреплены грузы. Стрелка покажет определенное значение веса грузов. Теперь перережем нить -динамометр с грузом начнет падать. В момент падения стрелка динамометра сместится на деление «ноль» (рис. 51). Таким образом, при свободном падении тела вес тела исчезает, возникает состояние невесомости.
Невесомость ощущают пилоты и космонавты. Если космический корабль движется вокруг Земли, то он все время как бы падает на Землю и все тела в его кабине теряют вес (рис. 52). В таких условиях много обычных явлений происходит своеобразно. Так, вода вне сосуда приобретает шарообразную форму и свободно плавает в пространстве. Брошенный предмет будет двигаться от стенки к стенке прямолинейно, не останавливаясь.
Вес и невесомость
Вес — это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес. Вес тела обозначается буквой Точка приложения веса находится на опоре (или подвесе). Вес направлен перпендикулярно поверхности опоры или вдоль подвеса. В зависимости от состояния тела его вес может изменяться или оставаться неизменным.
Случай, когда вес тела не меняется
Если тело находится в состоянии покоя или движется прямолинейно равномерно по горизонтальной поверхности, то его вес не изменяется. Почему?
Согласно III закону Ньютона, вес тела действует на опору и равен по модулю и противоположен по направлению силе реакции опоры Сила реакции приложена к самому телу (b): (для удобства точка приложения силы реакции опоры смещается в центр тела).
Если тело на подвесе находится в состоянии покоя или вместе с подвесом движется прямолинейно равномерно, то, согласно III закону Ньютона, вес этого тела, действующий на подвес, равен по модулю и направлен противоположно силе натяжения нити Сила натяжения прикладывается к самому телу (см: b):
Согласно II закону Ньютона, уравнение движения для тела, находящегося в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения на горизонтальной опоре, записывается в виде:
Принимая во внимание, что результирующая сила равна векторной сумме силы тяжести и силы реакции опоры, уравнение движения примет вид:
Для решения уравнения выбирается ось координат, определяются проекции векторов сил на эту ось и, приняв во внимание знак проекций, записывают их в уравнение. За положительное направление оси выбирается направление действия силы тяжести (см: b). Учитывая значения проекций сил на эту ось и равенство нулю ускорения тела в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения, получим уравнение движения тела в следующем виде:
Отсюда видно, что вес тела, находящегося в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения, численно равен модулю силы тяжести:
Случай, когда вес тела меняется
Если тело вместе с опорой (или с подвесом) движется с ускорением в вертикальном направлении, то, в зависимости от направления движения, вес тела увеличивается или уменьшается.
Предположим, что тело вместе с опорой движется вертикально вверх с ускорением то есть движется в направлении, противоположном направлению действия силы тяжести. Уравнение движения тела в векторной форме остается без изменения:
Если направить координатную ось вдоль направления движения (с), получим:
Отсюда видно, что вес тела, движущегося вместе с опорой вертикально вверх с ускорением увеличивается. Такое состояние тела называется перегрузкой:
Ясно, что если тело вместе с опорой будет двигаться в направлении действия силы тяжести, то его вес уменьшится:
Случай, когда вес тела равен нулю — невесомость
Если тело движется только под действием гравитационной силы, то есть его ускорение будет равно ускорению свободного падения то вес тела будет равен нулю. Такое состояние тела называется невесомостью:
При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org
Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи
Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей
Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.
Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.
