Разница между силой тяжести и весом тела

Как масса и сила тяжести влияют на движение тел

Масса тела остается постоянной в любой точке Вселенной и не зависит от силы тяжести. Именно масса определяет инертность тела и его способность сохранять состояние покоя или движение. Чем больше масса тела, тем сильнее сила трения или сопротивление среды будут влиять на его движение.

Сила тяжести, направленная вниз, определяет движение тела в системе Земля-тело. Если на тело действуют только сила тяжести и сила сопротивления среды, то можно сказать, что эти силы сбалансированы и тело находится в состоянии свободного падения. В таком случае, ускорение свободного падения равно 9.8 м/с².

Однако, если на тело действуют еще какие-то силы направленные в другую сторону, то они нарушают равновесие сил и тело начнет двигаться. Если сумма этих сил равна нулю, то тело будет двигаться равномерно прямолинейно, а если сумма сил не равна нулю, то тело будет двигаться с ускорением. Ускорение тела прямо пропорционально силе, направленной в сторону движения, и обратно пропорционально массе тела. Это описывается вторым законом Ньютона: F=ma, где F — сила, m — масса тела, a — ускорение.

Таким образом, масса и сила тяжести влияют на движение тел. Масса определяет инертность тела и его способность сохранять состояние покоя или движение. Сила тяжести определяет направление движения тела и может быть сбалансирована другими силами или привести к его ускорению. Понимание этих понятий помогает в объяснении различных физических явлений и является основой для изучения механики и других физических наук.

Глава 2. Взаимодействие тел§ 28. Единицы силы. Связь между силой тяжести и массой тела

Вам уже известно, что сила — это физическая величина. Она кроме числового значения (модуля) имеет направление, т. е. это векторная величина.

Силу, как и любую физическую величину, можно измерить, т. е. сравнить с силой, принятой за единицу.

Единицы физических величин всегда выбирают условно. Так, за единицу силы можно было принять любую силу. Например, можно выбрать в качестве единицы силы силу упругости какой-либо пружины, растянутой до определённой длины. За единицу силы можно принять и силу тяжести, действующую на какое-нибудь тело.

Вы знаете, что сила является причиной изменения скорости тела. Именно поэтому за единицу силы принята сила, которая за время 1 с изменяет скорость тела массой 1 кг на 1 .

В честь английского физика И. Ньютона эта единица названа ньютоном (1 Н).

Часто применяют и другие единицы — килоньютон (кН) , миллиньютон (мН): 1 кН = 1000 Н, а 1 H = 0,001 кН.

Попытаемся определить величину силы в 1 Н. Установлено, что 1 H приблизительно равен силе тяжести, которая действует на тело массой 1/10 кг, или более точно 1/9,8 кг (т. е. около 102 г).

Необходимо помнить, что сила тяжести, действующая на тело, зависит от географической широты, на которой находится тело. Сила тяжести меняется и при изменении высоты над поверхностью Земли.

Сила тяжести, действующая на альпиниста, меняется с высотой

Если единицей силы является 1 Н, то как рассчитать силу тяжести, которая действует на тело любой массы?

Известно, что во сколько раз масса одного тела больше массы другого тела, во столько же раз сила тяжести, действующая на первое тело, больше силы тяжести, действующей на второе тело. Таким образом, если на тело массой 1/9,8 кг действует сила тяжести, равная 1 Н, то на тело 2/9,8 кг будет действовать сила тяжести, равная 2 Н. На тело массой 5/9,8 кг — сила тяжести, равная 5 Н, 5,5/9,8 кг — 5,5 H и т. д. На тело массой 9,8/9,8 кг будет действовать сила, равная 9,8 Н.

Поскольку 9,8/9,8 кг = 1 кг, то на тело массой 1 кг действует сила тяжести, равная 9,8 Н.

Значение силы тяжести, действующей на тело массой 1 кг, можно записать так: 9,8 Н/кг.

Значит, если на тело массой 1 кг действует сила, равная 9,8 Н, то на тело массой 2 кг действует сила в 2 раза большая. Она равна 19,6 Н. На тело массой 3 кг — в 3 раза большая и равная 29,4 H и т. д.

Таким образом, чтобы определить силу тяжести, действующую на тело любой массы, необходимо 9,8 Н/кг умножить на массу этого тела.

Массу тела выражают в килограммах. Тогда получим, что F_тяж = 9,8 Н/кг • m.

Величину 9,8 Н/кг обозначают буквой g, и формула для силы тяжести будет иметь вид: F_тяж = gm,

где m — масса тела, g — ускорение свободного падения. (Понятие ускорения свободного падения будет вами изучено в 9 классе.)

При решении задач, когда не требуется большой точности, g = 9,8 Н/кг округляют до g = 10 Н/кг.

Вам уже известно, что P = F _тяж, если тело и опора неподвижны или движутся равномерно и прямолинейно. Следовательно, вес тела можно определить по формуле

P = gm.

Пример. На столе стоит чайник с водой массой 1,5 кг. Определите силу тяжести и вес чайника. Покажите эти силы на рисунке.

Теперь изобразим силы графически (рис. 69). Выберем масштаб. Пусть 3 H будет равен отрезку длиной 0,3 см. Тогда силу в 15 H необходимо начертить отрезком длиной 1,5 см.

Рис. 69. Изображение силы тяжести и веса тела

Следует учитывать, что сила тяжести действует на тело, а значит, приложена к самому телу. Вес действует на опору или подвес, т. е. приложен к опоре, в нашем случае к столу.

Вопросы:

1. Что значит измерить какую-либо силу?

2. Что принято за единицу силы?

3. Как рассчитать силу тяжести, действующую на тело любой массы?

4. По какой формуле можно определить вес тела?

Упражнения:

Упражнение № 10

1. Определите силу тяжести, действующую на тело массой 3,5 кг; 400 г; 1,5 т; 60 г.

2. Найдите вес тела, масса которого 5 кг, 300 г.

3. Вес человека 700 Н. Определите его массу. Сделайте рисунок и покажите вес тела.

4. Выразите в ньютонах следующие силы: 240 кН, 25 кН, 5 кН, 0,2 кН.

5. На столе стоит телевизор массой 5 кг. Определите силу тяжести и вес телевизора. Изобразите эти силы на рисунке.

Предыдущая страницаСледующая страница

Вес тела. Невесомость

В повседневной жизни мы очень часто используем слово «вес». Мы говорим: вес продуктов, вес нашего тела. При этом зачастую под словом «вес» подразумевается масса тела. В физике используют термины «вес», «масса» и «сила тяжести», и все они обозначают совершенно разные понятия.

ВЕС ТЕЛА

Рассмотрим тело, подвешенное к динамометру. На само тело действуют сила тяжести и сила упругости пружины. Именно поэтому тело находится в равновесии. Но и растянутая пружина также находится в равновесии, хотя сила упругости, возникающая в ней, стремится вернуть её в первоначальное состояние. То есть не только пружина действует на тело, но и тело действует на пружину с некоторой силой.

Силу, с которой тело, находящееся под действием силы тяжести, действует на опору или подвес, называют весом тела. Таким образом, на крючок динамометра действуют две силы: сила упругости пружины и вес тела.

Вес тела, как и любая сила, — векторная величина. Вес тела обозначают буквой Р. Сила упругости и вес тела имеют противоположные направления: сила упругости направлена вверх, а вес тела вниз. При этом модули этих сил равны: Р = F_упр.

Именно поэтому говорят, что динамометром можно измерять не только силу упругости, но и вес тела. Динамометр также называют пружинными весами.

ВЕС ТЕЛА И СИЛА ТЯЖЕСТИ

Вес возникает в результате притяжения Земли и зависит от состояния движения тела.

  Если тело и опора находятся в покое или движутся равномерно и прямолинейно, то вес тела по своему числовому значению равен силе тяжести, действующей на тело: Р = F_тяж или Р = mg.

При этом важно помнить, что сила тяжести и вес тела не одно и то же, они имеют различную физическую природу: сила тяжести возникает вследствие взаимодействия тела и Земли, а вес — в результате взаимодействия тела и опоры. Именно поэтому сила тяжести приложена к телу, а вес приложен к опоре или подвесу

ВЕС ТЕЛА И МАССА

Единицей веса тела, как и любой силы, является ньютон. Вес имеет числовое значение, направление и точку приложения.

Вес тела не следует путать с массой тела, которая измеряется в килограммах и является скалярной величиной, т. е. величиной, не имеющей направления и точки приложения. Так, ребёнок, имеющий массу 30 кг, имеет вес, равный 300 Н, если считать, что g = 10 Н/кг.

ЗАВИСИМОСТЬ ВЕСА ОТ УСЛОВИЙ, В КОТОРЫХ НАХОДИТСЯ ТЕЛО

Вес тела равен по своему числовому значению силе тяжести, если тело находится на неподвижной опоре или опора движется равномерно и прямолинейно. Если же опора вместе с телом движется неравномерно по линии действия силы, т. е. вверх или вниз, то тело действует на опору сильнее или слабее, чем при равномерном движении. В этом случае вес тела может быть больше силы тяжести, меньше се или равным нулю.

Поднимаясь на скоростном лифте, в самом начале движения мы ощущаем, как нас слегка прижимает к полу. А при спуске нас как будто слегка приподнимает. Дело в том, что при движении лифта вверх вес тела увеличивается, а при движении вниз — уменьшается. Этот факт можно проверить, если подняться или опуститься в лифте стоя на весах.

НЕВЕСОМОСТЬ

Проведем следующий опыт. Подвесим за нитку пружину, а к ней прикрепим груз. В результате пружина растянется. Теперь перережем нить и понаблюдаем за процессом падения пружины вместе с грузом. В течение всего времени падения пружина будет оставаться нерастянутой. Получается, что при падении груз не действует на пружину и, следовательно, его вес в этот момент равен нулю.

Таким образом, свободно падающее тело не действует на свободно падающую вместе с нам пружину. В этом случае вес тела равен нулю.

Про такое тело говорят, что оно находится в состоянии невесомости. При этом сила тяжести по-прежнему действует на тело и заставляет его падать.

Подобные явления наблюдаются и на спутнике, обращающемся вокруг Земли.

Сам спутник и все находящиеся в нем тела, включая космонавта, обращаясь вокруг Земли, как бы непрерывно свободно падают на Землю. Вследствие этот, все находящиеся на спутнике тела не действуют на опоры, а подвешенные к пружине не растягивают её. Все предметы находятся в состоянии невесомости. Однако при разгоне космического корабля, когда он выходит на орбиту, или при торможении во время посадки вес космонавта оказывается больше силы тяжести и он испытывает сильные перегрузки.

Вы смотрели Конспект по физике для 7 класса «Вес тела. Невесомость»: Что такое вес тела. Чем отличается вес тела от силы тяжести. Чем отличается вес тела от массы. Что такое невесомость.

Вернуться к Списку конспектов по физике (В оглавление).

Различия между весом тела и силой тяжести

Хотя вес тела и сила тяжести связаны с концепцией гравитации, у них есть несколько важных различий:

• Определение: Вес тела — это мера силы, с которой тело действует на опору, например, на весы. Вес измеряется в ньютонах (Н). Сила тяжести — это притягательная сила, с которой Земля действует на тело. Сила тяжести также измеряется в ньютонах (Н).
• Изменение: Вес тела может изменяться в зависимости от места нахождения тела во Вселенной, а также от воздействия других сил, например, атмосферного давления или силы Архимеда. Сила тяжести же всегда действует на тело и зависит от массы объекта и расстояния до центра Земли.
• Направление: Вес тела всегда направлен вниз, в сторону центра Земли. Сила тяжести также направлена вниз, поскольку притяжение Земли всегда направлено к ее центру.
• Зависимость от поля тяжести: Вес тела является результатом действия силы тяжести в поле тяжести Земли. В то же время, сила тяжести существует даже в отсутствие тела и является причиной веса.

В итоге, хотя вес тела и сила тяжести имеют общую основу в гравитации, их определения, изменения, направление и зависимость различны. Понимание этих различий поможет более глубоко осмыслить физические явления, связанные с гравитацией и движением тел.

Что такое сила тяжести?

Сила тяжести — это сила, с которой Земля притягивает к себе тело. Эта сила всегда направлена вертикально вниз. Запомни: чем больше масса тела, тем больше сила тяжести, действующая на это тело. Именно поэтому нам трудно поднять или сдвинуть с места очень тяжелые предметы. И чем тяжелее предмет, тем больше сила тяжести и тем сложнее нам преодолеть эту силу. Сила тяжести, действующая на тело, несколько отдаленное от поверхности Земли, зависит от массы тела и расстояния.

«Космические» факты

Каждый космонавт переживает так называемую космическую болезнь: при отсутствии силы тяготения он привыкает к тому, что все окружающие предметы, да и он сам, летают, а не падают. Поэтому по возвращении на Землю космонавты в течение некоторого времени обращаются с вещами так, как привыкли это делать в космосе: просто отпускают их, при этом совершенно не задумываясь над тем, что они сразу упадут на землю или на пол.

В условиях невесомости в организме космонавта увеличивается объем циркулирующей крови, что, в свою очередь, может привести к повышению давления. Однако сердце космонавта очень интересно приспосабливается к данной ситуации: во избежание дополнительной нагрузки оно уменьшается в объеме и, соответственно, начинает перекачивать меньшее количество крови. Это своеобразная защитная реакция на увеличение объема крови.

Ученые выяснили, что в случае длительного пребывания в невесомости (состояние, при котором вес тела равен нулю) в организме человека происходят некоторые изменения. Например, рост космонавтов увеличивается почти на 5 см за счет расхождения позвоночных дисков. В течение 10 дней после возвращения на Землю рост становится прежним.

Сила упругости. Закон Гука

Закон Гука − основной закон теории упругости. Он был открыт английским ученым Робер­том Гуком в 1660 году, когда ему было 25 лет. Закон 

Гука гласит: cила упругости, возникающая при упругой деформации растяжения или сжатия тела, про­порциональна абсолютному значению изменения длины тела.

Если удлинение тела обозначить через x, а силу упругости через упрFупр, то закон Гука можно записать в виде следующей математической формулы:

F_упр=−k⋅x,

где k — коэффициент пропорциональности, называемый жесткостью тела. Знак минус перед пра­вой частью уравнения указывает на противоположные направления силы упругости и удлинения x. Единицей жесткости в СИ является ньютон на метр (1 Н/м).

У каждого тела своя жесткость. Чем больше жесткость тела (пружины, проволоки, стержня и т. д.), тем меньше оно изменяет свою длину под действием данной силы.

Следует помнить, что закон Гука справедлив только для упругой деформации. Закон Гука хо­рошо выполняется только при малых деформациях. При больших деформациях изменение длины перестает быть прямо пропорциональным приложенной силе, а при очень больших деформациях тело разрушается.

Глава 2. Взаимодействие тел§ 27. Вес тела

В повседневной жизни очень часто используется понятие «вес». Попытаемся выяснить, что же это за величина. В опытах, когда тело ставили на опору, сжималась не только опора, но и тело, притягиваемое Землёй.

Деформированное, сжатое тело давит на опору с силой, которую называют весом тела.

Если тело подвешено на нити (подвесе), то растянута не только нить (подвес), но и само тело.

Вес тела — это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.

Как и другие силы, вес — векторная физическая величина. Вес тела обозначается буквой Р.

Вес тела, так же как сила тяжести, всегда направлен вниз. Однако следует помнить, что сила тяжести приложена к телу (рис. 67, а), а вес — к опоре или подвесу (рис. 67, б).

Рис. 67. Точки приложения: а — силы тяжести; б — веса тела

Если тело и опора неподвижны или движутся равномерно и прямолинейно, то вес тела по своему числовому значению равен силе тяжести, т. е.

P = F_тяж.

Следует помнить, что сила тяжести возникает вследствие взаимодействия тела и Земли.

Вес тела возникает в результате взаимодействия тела и опоры (подвеса) вследствие взаимодействия тела и Земли. Опора (подвес) и тело при этом деформируются, что приводит к появлению силы упругости.

1. Что называют весом тела?

2. Чем отличается вес тела от силы тяжести?

Это любопытно…

Невесомость

Мы живём в век начала освоения космоса, в век полётов космических кораблей вокруг Земли, на Луну и на другие планеты Солнечной системы. Нам часто приходится слышать и читать о том, что лётчики-космонавты и все предметы на космическом корабле во время его свободного полёта находятся в особом состоянии, называемом состоянием невесомости. Что же это за состояние и можно ли его наблюдать на Земле?

Невесомость — сложное физическое явление. Однако некоторые представления о состоянии невесомости можно получить и в начале изучения физики.

Напомним, что под весом тела мы понимаем силу, с которой тело вследствие притяжения к Земле давит на опору или растягивает подвес.

Представим себе такой случай: опора или подвес вместе с телом свободно падают. Ведь опора и подвес тоже тела, и на них также действует сила тяжести. Каков в этом случае будет вес тела, т. е. с какой силой тело будет действовать на опору или подвес?

Обратимся к опыту. Для опыта берут небольшое тело и подвешивают его к пружине (рис. 68, а), другой конец которой прикреплён к неподвижной опоре.

Рис. 68. Действие силы тяжести на тела

Под действием силы тяжести тело начинает двигаться вниз, поэтому пружина растягивается до тех пор, пока возникшая в ней сила упругости не уравновесит силу тяжести. Затем пережигают нить, удерживающую пружину с телом, пружина вместе с телом падает. Наблюдая за
пружиной, замечают, что растяжение её исчезло (рис. 68, б). И пока пружина с телом падает, она остаётся нерастянутой. Следовательно, падающее тело не действует на падающую вместе с телом пружину. В этом случае вес тела равен нулю, но сила тяжести не равна нулю, она по-прежнему действует на тело и заставляет его падать. Точно так же если тело и опора, на которой оно лежит, будут свободно падать, то такое тело перестанет давить на опору. Следовательно, в этом случае вес тела будет равен нулю.

Подобные явления наблюдаются и на спутнике, обращающемся вокруг Земли. Сам спутник и все находящиеся в нём тела, включая космонавта, обращаясь вокруг Земли, как бы непрерывно свободно падают на Землю. Вследствие этого все находящиеся в спутнике тела не давят на опору, а подвешенные к пружине не растягивают её. Про такие тела говорят, что они находятся в состоянии невесомости.

He закреплённые в корабле-спутнике тела свободно парят. Жидкость, налитая в сосуд, не давит на дно и стенки сосуда, поэтому она не вытекает через отверстие в сосуде. Маятники часов покоятся в любом положении, в котором их поставили. Космонавту, чтобы удержать руку или ногу в вытянутом положении, не требуется никакого усилия. У него исчезает представление о том, где верх и где низ. Если сообщить какому-нибудь телу скорость относительно кабины спутника, то оно будет двигаться прямолинейно и равномерно, пока не столкнётся с другими телами.

Состояние невесомости в космосе

Предыдущая страницаСледующая страница

Влияние веса и силы тяжести на объекты в природе

Сила тяжести играет важную роль во многих процессах в природе. Например, благодаря силе тяжести падают фрукты с деревьев, падают капли дождя и снежинки, а также спускаются снежные лавины. Сила тяжести определяет движение небесных тел в космосе и влияет на формирование и развитие горных систем.

Однако вес объекта зависит не только от силы тяжести, но и от условий его нахождения. На Луне, например, сила тяжести меньше, чем на Земле, поэтому вес объекта на Луне будет составлять лишь около 1/6 его веса на Земле. Также внутри Земли сила тяжести уменьшается, что приводит к тому, что на большой глубине объекты имеют меньший вес.

Влияние веса и силы тяжести на природу и объекты в ней является одной из фундаментальных составляющих физического мира. Учет этих факторов позволяет более глубоко понять процессы, происходящие в природе, и применить этот знания для решения различных задач.