Узнайте, как измерить вес в физике. Разберитесь в понятии веса, его измерении в ньтонах, динах или килограммах-сила. Научитесь использовать пружинные или рычажные весы для измерения веса. Узнайте, что такое невесомость и как она связана с состоянием свободного падения или отдалением от притягивающего объекта.
Cодержание
Невесомость: что это такое
Невесомость — это состояние, при котором тело не давит на опору или подвес.
Само слово «невесомость» как бы подсказывает нам, что веса здесь быть не должно. При этом непонятно, что с ним тогда происходит. Давайте разбираться.
Вес тела
Вес — это сила, с которой тело действует на опору или подвес. Измеряется вес, как и любая другая сила, в Ньютонах.
«Но погодите! Вес же измеряют в килограммах — я вот вешу 50»
Это не совсем верно. В быту мы часто подменяем понятие «масса» понятием «вес» и говорим: вес чемодана — десять килограммам. В физике это два совершенно разных понятия, которые при этом взаимосвязаны.
Единицы измерения веса
В системе Международной системы единиц (СИ) единицей измерения веса является ньютон (Н), который является разновидностью силы. Один ньютон (1Н) - это сила, сообщающая телу, имеющему массу в 1 килограмм, ускорение равное 1 метру, деленному на секунду в квадрате в направлении действия силы.
В системе СГС (сантиметр, грамм, секунда), единицей веса является дина (дин). 1 дина - это сила, которая сообщает телу массой 1 г ускорение, равное 1 сантиметру в квадрате в направлении действия силы.
В России также используется единица измерения веса, называемая килограмм-сила (кгс). 1 кгс - это сила, с которой Земля действует на эталонную массу в один килограмм.
Как измерить вес
Вес можно измерять с помощью пружинных весов или рычажных весов. Оба этих типа весов позволяют измерить силу, с которой тело действует на опору или подвес. Процесс измерения веса заключается в проградуировке весовой системы с учетом массы и ускорения свободного падения.
Измерение веса с помощью пружинных весов требует учета вариаций ускорения свободного падения, которые обычно малы и несущественны для практических целей.
В случае движения системы «тело» - «опора или подвес» относительно инерциальной системы отсчета с ускорением, вес перестает совпадать с силой тяжести. Например, если ускорение лифта направлено вверх, то вес находящегося в нем груза увеличивается, а если вниз, то уменьшается.
Также стоит отметить, что вес тела может быть подвержен воздействию других сил, таких как сила Архимеда или сила трения, которые косвенно связаны с гравитационным полем.
См. также
Вес и невесомость
Состояние невесомости наступает, когда тело находится в свободном падении или вдали от притягивающего объекта. В этом состоянии вес тела равен нулю, так как нет силы, действующей на опору или подвес. Это состояние часто наблюдается в космическом пространстве, где гравитационное поле Земли или других планет не оказывает существенного воздействия на тело.
Выводы
Вес - это сила, с которой тело действует на опору или подвес. Он измеряется в ньтонах, динах или килограммах-сила в разных системах измерения. Измерение веса производится с помощью пружинных или рычажных весов, с учетом массы и ускорения свободного падения. Состояние невесомости наступает, когда тело находится в свободном падении или вдали от притягивающего объекта, и его вес равен нулю.
Что нам скажет Википедия?
Вес - сила, с которой тело действует на опору (или подвес, или другой вид крепления), препятствующую падению, возникающая в поле сил тяжести. Единица измерения веса в Международной системе единиц (СИ) - ньютон, иногда используется единица СГС - дина.
Терминология и значимость
В случае покоящегося в инерциальной системе отсчета тела, его вес P равен силе тяжести, действующей на тело, и пропорционален массе m и ускорению свободного падения g в данной точке:
Ускорение свободного падения зависит от высоты над земной поверхностью и - ввиду несферичности Земли, а также ввиду ее вращения - от географических координат точки измерения. В результате суточного вращения Земли существует широтное уменьшение веса: на экваторе вес примерно на 0,3 % меньше, чем на полюсах. Другим фактором, влияющим на значение g и, соответственно, вес тела, являются гравитационные аномалии, обусловленные особенностями строения земной поверхности и недр в окрестностях точки измерения. Если тело находится вблизи другой планеты, а не Земли, то ускорение свободного падения будет определяться массой и размерами этой планеты, наряду с расстоянием между ее поверхностью и телом.
При движении системы «тело» - «опора или подвес» относительно инерциальной системы отсчета с ускорением w вес перестает совпадать с силой тяжести:
Например, если ускорение (независимо от скорости) лифта направлено вверх, то вес находящегося в нем груза увеличивается, а если вниз, то уменьшается. Ускорение за счет вращения Земли не входит в w, оно уже учтено в g. Состояние отсутствия веса (невесомость) наступает вдали от притягивающего объекта, либо когда тело находится в свободном падении, то есть при g - w = 0.
Тело массой m, вес которого анализируется, может стать субъектом приложения дополнительных сил, косвенно обусловленных присутствием гравитационного поля, в том числе силы Архимеда и трения.
Измерение
Вес можно измерять с помощью пружинных весов, которые могут служить и для косвенного измерения массы, если их соответствующим образом проградуировать; рычажные весы в такой градуировке не нуждаются, так как в этом случае сравниваются массы, на которые действует одинаковое ускорение свободного падения или сумма ускорений в неинерциальных системах отсчета. При взвешивании с помощью технических пружинных весов вариациями ускорения свободного падения обычно пренебрегают, так как влияние этих вариаций обычно меньше практически необходимой точности взвешивания.
При нахождении в газообразной или жидкой среде измеренный вес тела может отличаться от измеренного при тех же условиях в вакууме из-за уменьшения веса за счет действия силы Архимеда.
Вес и масса
В физике вес и масса - разные понятия. Вес - векторная величина, сила, с которой тело действует на опору или подвес. Масса - скалярная величина, мера инертности тела (инертная масса) либо «заряд» гравитационного поля (гравитационная масса). У этих величин отличаются и единицы измерения (в СИ масса измеряется в килограммах, а вес - в ньютонах). Возможны ситуации с нулевым весом и ненулевой массой одного и того же тела, например, в условиях невесомости у всех тел вес равен нулю, а масса у каждого тела своя. И если в состоянии покоя тела показания весов будут нулевыми, то при ударе по весам тел с одинаковыми скоростями воздействие будет разным (см. закон сохранения импульса, закон сохранения энергии).
Вместе с тем строгое различение понятий веса и массы принято в основном в науке и технике, а во многих повседневных ситуациях слово «вес» продолжает использоваться, когда фактически речь идет о «массе». Например, мы говорим, что какой-то объект «весит один килограмм», несмотря на то, что килограмм представляет собой единицу массы. Кроме того, термин «вес» в значении «масса» традиционно использовался в цикле наук о человеке - в словосочетании «вес тела человека», вместо современного «масса тела человека». В связи с этим метрологические организации отмечают, что неправильное использование термина «вес» вместо термина «масса» должно прекращаться, и во всех тех случаях, когда имеется в виду масса, должен использоваться термин «масса».
