Hva er forskjellen mellom masse og vekt og hvorfor er det en erstatning av begreper? Hva er forskjellen mellom vekt og masse.

I livet sier vi veldig ofte: "vekt 5 kilo", "veier 200 gram" og så videre. Og likevel vet vi ikke at vi gjør en feil ved å si det. Begrepet kroppsvekt studeres av alle i løpet av fysikk i sjuende klasse, men den feilaktige bruken av noen definisjoner har blandet seg så mye med oss ​​at vi glemmer det vi har lært og tror at kroppsvekt og masse er ett og det samme.

Det er det imidlertid ikke. Dessuten er kroppens masse en konstant verdi, men kroppens vekt kan endres og synke ned til null. Så hva er galt og hvordan snakker man riktig? La oss prøve å finne ut av det.

Kroppsvekt og kroppsvekt: beregningsformel

Masse er et mål på kroppens treghet, det er hvordan kroppen reagerer på påvirkningen som påføres den, eller selv virker på andre kropper. Og kroppens vekt er kraften som kroppen virker på en horisontal støtte eller vertikal oppheng under påvirkning av jordens tyngdekraft.

Masse måles i kilo, og kroppsvekt, som enhver annen kraft, i newton. Vekten til et legeme har en retning, som enhver kraft, og er en vektormengde. Masse har ingen retning og er en skalar mengde.

Pilen som angir kroppens vekt i figurene og grafene er alltid rettet nedover, så vel som tyngdekraften.

Kroppsvektformel i fysikk er skrevet som følger:

hvor m - kroppsvekt

g - fritt fallakselerasjon = 9,81 m/s^2

Men til tross for sammenfallet med tyngdekraftens formel og retning, er det en alvorlig forskjell mellom tyngdekraft og kroppsvekt. Tyngdekraften påføres kroppen, det vil si grovt sett er det det som presser på kroppen, og kroppens vekt påføres støtten eller opphenget, det vil si at her presser kroppen allerede på opphenget eller støtten. .

Men naturen til eksistensen av tyngdekraft og kroppsvekt er den samme attraksjonen til jorden. Strengt tatt er kroppens vekt en konsekvens av tyngdekraften som påføres kroppen. Og akkurat som tyngdekraften, avtar kroppsvekten med høyden.

Kroppsvekt i vektløshet

I en tilstand av vektløshet er kroppens vekt null. Kroppen vil ikke legge press på støtten eller strekke fjæringen og vil ikke veie noe. Imidlertid vil den fortsatt ha masse, siden for å gi kroppen noen hastighet, vil det være nødvendig å bruke en viss innsats, jo større, jo større er kroppens masse.

Under forholdene til en annen planet vil massen også forbli uendret, og kroppens vekt vil øke eller avta, avhengig av tyngdekraften til planeten. Vi måler kroppsvekt med vekter, i kilo, og for å måle kroppsvekt, som måles i Newton, kan vi bruke et dynamometer, en spesiell enhet for å måle kraft.

Jeg møter jevnlig at folk ikke forstår forskjellen mellom vekt og masse. Dette er generelt forståelig, siden vi er alle våre liv i jordens gravitasjonsfelt, som ikke stopper handlingen, og disse mengdene er hele tiden koblet sammen for oss. Og denne sammenhengen blir også språklig forsterket av at vi gjenkjenner massen ved hjelp av vekter, «veier» oss selv eller for eksempel produktene i butikken.
Men la oss likevel prøve å løse disse konseptene.

Vi vil ikke gå inn på finesser (som forskjellig g på forskjellige steder på jorden og andre ting). Jeg legger merke til at alt dette er inkludert i skolens fysikkkurs, så hvis alt av følgende er åpenbart for deg, sver ikke til de som ikke hadde tid til å forstå disse tingene, men samtidig til de som bestemte seg for å forklare dette for hundrere gang.) Jeg håper at det vil være mennesker for hvem dette notatet vil fylle opp apparatet deres for å forstå verden rundt dem.

Så la oss gå. Massen til en kropp er et mål på dens treghet. Det vil si et mål på hvor vanskelig det er å endre hastigheten til denne kroppen modulo (akselerere eller bremse) eller i retning. I SI-systemet måles det i kilogram (kg). Det er vanligvis betegnet med bokstaven m. Det er en ufravikelig parameter, både på jorden og i verdensrommet.

Tyngdekraften, målt i SI-enheter i Newton (N). Dette er kraften som jorden tiltrekker kroppen med, og er lik produktet m * g. Koeffisienten g er 10 m/s2, kalt akselerasjonen for fritt fall. Med denne akselerasjonen begynner kroppen å bevege seg i forhold til jordens overflate, blottet for støtte (spesielt hvis kroppen startet fra en stasjonær tilstand, vil hastigheten øke med 10 m/s hvert sekund).

La oss nå vurdere en masse m som ligger ubevegelig på et bord. For ordens skyld, la massen være 1 kg. Tyngdekraften mg virker på denne kroppen vertikalt nedover (faktisk er selve vertikalen bestemt nøyaktig av tyngdekraftens retning), lik 10 N. I det tekniske enhetssystemet kalles denne kraften kilogram-kraft (kgf).

Bordet lar ikke kroppen vår akselerere, og virker på den med en kraft N rettet vertikalt oppover (det er mer riktig å trekke denne kraften fra bordet, men for at linjene ikke skal overlappe, vil jeg også tegne fra midten av kroppen):

N kalles reaksjonskraften til støtten, balanserer tyngdekraften (i dette tilfellet er den lik i absolutt verdi de samme 10 Newton), slik at den resulterende kraften F (summen av alle krefter) er null: F = mg - N = 0.

Og det faktum at kreftene er balansert, ser vi fra Newtons andre lov F = m * a, ifølge hvilken hvis akselerasjonen til kroppen a er null (det vil si at den enten hviler, som i vårt tilfelle, eller beveger seg jevnt og rettlinjet), så er den resulterende kraften F også lik null.

Nå kan vi endelig si hva vekten er - dette er kraften som kroppen virker på stativet eller opphenget. I følge Newtons tredje lov er denne kraften motsatt av kraften N og lik den i absolutt verdi. Det vil si at i dette tilfellet er det samme 10 N = 1 kgf. Kanskje vil det virke som om alt dette er unødvendig komplisert, og du burde ha sagt med en gang at vekt og tyngdekraft er det samme? Tross alt faller de sammen både i retning og i størrelsesorden.

Nei, faktisk er de vesentlig forskjellige. Tyngdekraften virker konstant. Vekten endres avhengig av kroppens akselerasjon. La oss gi eksempler.

1. Du starter opp på en høyhastighets heis (high-speed, slik at akselerasjonsfasen blir mer effektiv / merkbar). Massen din er for eksempel 70 kg (du kan regne ut alle tallene nedenfor for massen din). Vekten din i en stasjonær heis (før start) er 700 N (eller 70 kgf). I akselerasjonsøyeblikket oppover, er den resulterende kraften F rettet oppover (det er denne som akselererer deg), reaksjonskraften N overstiger tyngdekraften mg, og siden vekten din (kraften du virker med på gulvet i heis) er modulo N, opplever du den såkalte overbelastningen. Hvis heisen akselererte med en akselerasjon g, ville du oppleve en vekt på 140 kgf, det vil si en overbelastning på 2g, 2 ganger vekten i hvile. Faktisk, i normal modus, er det ingen slike overbelastninger i heiser, akselerasjonen overstiger vanligvis ikke 1 m/s2, noe som fører til en overbelastning på bare 1,1 g. Vekten i vårt tilfelle vil være 77 kgf. Når heisen har akselerert til ønsket hastighet, er akselerasjonen null, vekten går tilbake til de opprinnelige 70 kgf. Ved nedbremsing avtar vekten tvert imot, og hvis akselerasjonsmodulen er 1 m/s2, vil overbelastningen være 0,9g. Når du beveger deg i motsatt retning (ned), er situasjonen reversert: ved akselerasjon synker vekten, på en jevn seksjon gjenopprettes vekten, ved nedbremsing øker vekten.

2. Du løper og hvilevekten din er fortsatt 70 kgf. I løpeøyeblikket, når du skyver fra bakken, overstiger vekten din 70 kgf. Og mens du flyr (den ene foten er fra bakken, den andre har ennå ikke rørt), er vekten din null (siden du ikke virker på verken basen eller gimbalen). Dette er vektløshet. Den er faktisk ganske kort. Løping er altså en veksling mellom overbelastning og vektløshet.

La meg minne deg på at tyngdekraften i alle disse eksemplene ikke forsvant, endret seg ikke og utgjorde dine "hardt opptjente" 70 kgf = 700 N.

La oss nå betydelig forlenge fasen med vektløshet: forestill deg at du er på ISS (International Space Station). Samtidig har vi ikke eliminert tyngdekraften – den virker fortsatt på deg – men siden både du og stasjonen er i samme banebevegelse, er du i null tyngdekraft i forhold til ISS. Du kan forestille deg deg selv hvor som helst i verdensrommet, det er bare det at ISS er litt mer realistisk.)

Hva blir din interaksjon med objekter? Massen din er 70 kg, du tar en gjenstand med en masse på 1 kg i hånden, kaster den fra deg. I samsvar med loven om bevaring av momentum, vil et objekt på 1 kg, som mindre massivt, motta hovedhastigheten, og kastet vil være omtrent like "lett" som på jorden. Men hvis du prøver å skyve fra en gjenstand som veier 1000 kg, vil du faktisk skyve deg bort fra den, siden du i dette tilfellet selv vil motta hovedhastigheten, og for å akselerere dine 70 kg, må du utvikle deg mer kraft. For å omtrent forestille deg hvordan det er, kan du nå gå opp til veggen og skyve fra den med hendene.

Nå er du ute av stasjonen og ut i verdensrommet og ønsker å manipulere en slags massiv gjenstand. La massen være fem tonn.

For å være ærlig vil jeg være veldig forsiktig når jeg håndterer en gjenstand på fem tonn. Ja, vektløshet og alt. Men bare den lille hastigheten i forhold til ISS er nok til å trykke fingeren eller noe mer alvorlig. Disse fem tonnene er vanskelige å flytte: spre, stopp.

Og, som en person foreslo, vil jeg ikke forestille meg mellom to gjenstander som veier 100 tonn hver. Deres minste motgående bevegelse, og de vil lett knuse deg. Helt, som er karakteristisk, vektløshet.)

Og endelig. Hvis du har det gøy med å fly rundt ISS og treffer en vegg/skott, vil du bli skadet akkurat det samme som om du løp i samme hastighet og traff veggen/karmen i leiligheten din. Fordi støtet reduserer hastigheten din (det vil si at den gir deg akselerasjon med et minustegn), og massen din er den samme i begge tilfeller. Så, ifølge Newtons andre lov, vil slagkraften være proporsjonal.

Jeg er glad for at i filmer om verdensrommet ("Gravity", "Interstellar", serien "The Expanse") viser mer og mer realistiske (riktignok ikke uten feil som George Clooney, som håpløst flyr bort fra Sandra Bullock) de grunnleggende tingene beskrevet i denne posten.

jeg oppsummerer. Massen er "umistelig" fra objektet. Hvis et objekt er vanskelig å akselerere på jorden (spesielt hvis du har forsøkt å minimere friksjonen), så er det like vanskelig å akselerere det i verdensrommet. Når det gjelder vekten, når du står på dem, måler de ganske enkelt kraften som de klemmes med, og for enkelhets skyld viser de denne kraften ikke i Newton, men i kgf. Samtidig, uten å legge til bokstaven "c" for ikke å forvirre deg.)

I moderne vitenskap er vekt og masse forskjellige begreper. Vekt er kraften som et legeme virker på en horisontal støtte eller vertikal oppheng. Masse er et mål på tregheten til en kropp.

Vekt målt i kilo, og vekt i newton. Vekt er produktet av masse og akselerasjon av fritt fall (P = mg). Verdien av vekt (med konstant kroppsmasse) er proporsjonal med akselerasjonen av fritt fall, som avhenger av høyden over jordens (eller andre planets) overflate. Og hvis, enda mer presist, så er vekt en spesiell definisjon av Newtons andre lov - kraft er lik produktet av masse og akselerasjon (F = ma). Derfor beregnes det i Newton, som alle krefter.

Vekt er en permanent ting, vekt, strengt tatt, avhenger for eksempel av høyden kroppen befinner seg på. Det er kjent at med en økning i høyden, avtar akselerasjonen av fritt fall, og vekten av kroppen reduseres tilsvarende, under de samme måleforholdene. Dens masse forblir konstant.
For eksempel, under forhold med vektløshet, har alle kropper null vekt, og hver kropp har sin egen masse. Og hvis avlesningene av vektene i kroppens hviletilstand vil være null, vil virkningen være annerledes når vektene til kroppene med samme hastigheter blir truffet.

Interessant nok, som et resultat av jordens daglige rotasjon, er det en breddegradsreduksjon i vekt: ved ekvator, omtrent 0,3% mindre enn ved polene.

Likevel er et strengt skille mellom begrepene vekt og masse akseptert hovedsakelig i fysikk, og i mange dagligdagse situasjoner fortsetter ordet "vekt" å bli brukt når man faktisk snakker om "masse". Forresten, når du ser inskripsjonene på produktet: "nettovekt" og "bruttovekt", ikke bli skremt, NET er nettovekten til produktet, og BRUTTO er vekten med emballasje.

Strengt tatt, når man går på markedet og henvender seg til selgeren, bør man si: "Vennligst vei en kilo" ... "eller" gi meg 2 newton med legepølse. Selvfølgelig har begrepet "vekt" allerede slått rot som et synonym for begrepet "masse", men dette eliminerer ikke behovet for å forstå at det er ikke det samme i det hele tatt.

Konseptet som vi er kjent med fra tidlig barndom er massen. Og likevel, i løpet av fysikk, er noen vanskeligheter forbundet med studiet. Derfor er det nødvendig å tydelig definere hvordan det kan gjenkjennes? Og hvorfor er det ikke lik vekt?

Bestemmelse av masse

Den naturvitenskapelige betydningen av denne mengden er at den bestemmer mengden materie som finnes i kroppen. For betegnelsen er det vanlig å bruke den latinske bokstaven m. Måleenheten i standardsystemet er kilogram. I oppgaver og hverdagsliv brukes også ofte off-system: gram og tonn.

I et skolefysikkkurs, svaret på spørsmålet: "Hva er masse?" gitt i studiet av fenomenet treghet. Deretter er det definert som en kropps evne til å motstå en endring i bevegelseshastigheten. Derfor kalles massen også inert.

Hva er vekt?

For det første er det en kraft, det vil si en vektor. Masse er derimot en skalarvekt som alltid er festet til en støtte eller oppheng og rettet i samme retning som tyngdekraften, det vil si vertikalt nedover.

Formelen for å beregne vekten avhenger av om denne støtten (suspensjonen) beveger seg. Når systemet er i ro, brukes følgende uttrykk:

P \u003d m * g, hvor P (i engelske kilder brukes bokstaven W) er kroppens vekt, g er akselerasjonen av fritt fall. For jorden tas g vanligvis lik 9,8 m / s 2.

Masseformelen kan avledes fra den: m = P/g.

Når du beveger deg ned, det vil si i retning av vekten, synker verdien. Så formelen har formen:

P \u003d m (g - a). Her er "a" akselerasjonen til systemet.

Det vil si at når disse to akselerasjonene er like, observeres en tilstand av vektløshet når vekten til kroppen er null.

Når kroppen begynner å bevege seg oppover, snakker de om vektøkning. I denne situasjonen oppstår en overbelastningstilstand. Fordi kroppsvekten øker, og formelen vil se slik ut:

P \u003d m (g + a).

Hvordan er masse relatert til tetthet?

Løsning. 800 kg/m 3 . For å bruke den allerede kjente formelen, må du kjenne volumet på stedet. Det er lett å beregne om vi tar plassen for en sylinder. Da vil volumformelen være:

V = π * r 2 * h.

Dessuten er r radius, og h er høyden på sylinderen. Da vil volumet være lik 668794,88 m 3. Nå kan du beregne massen. Det blir slik: 535034904 kg.

Svar: massen av olje er omtrent lik 535036 tonn.

Oppgave nummer 5. Tilstand: Lengden på den lengste telefonkabelen er 15151 km. Hva er massen av kobber som ble produsert, hvis tverrsnittet til ledningene er 7,3 cm 2?

Løsning. Tettheten av kobber er 8900 kg/m 3 . Volumet er funnet av en formel som inneholder produktet av arealet av basen og høyden (her lengden på kabelen) på sylinderen. Men først må du konvertere dette området til kvadratmeter. Det vil si, del dette tallet med 10000. Etter beregninger viser det seg at volumet av hele kabelen er omtrent lik 11000 m 3.

Nå må vi multiplisere tetthets- og volumverdiene for å finne ut hva massen er lik. Resultatet er tallet 97900000 kg.

Svar: massen av kobber er 97900 tonn.

En annen sak knyttet til masse

Oppgave nummer 6. Tilstand: Det største stearinlyset som veide 89867 kg var 2,59 m i diameter.Hva var høyden?

Løsning. Vokstetthet - 700 kg / m 3. Høyden må finnes fra Det vil si at V må deles på produktet av π og kvadratet av radien.

Og selve volumet beregnes etter masse og tetthet. Det viser seg å være lik 128,38 m 3. Høyden var 24,38 m.

Svar: høyden på lyset er 24,38 m.

Tyngdekraft og vekt er to konsepter involvert i gravitasjonsfysikkfeltteori. Disse to begrepene blir ofte misforstått og brukt i feil sammenheng. Denne situasjonen forverres av det faktum at på det ordinære nivået oppfattes også begrepene masse (stoffets egenskap) og vekt som noe identisk. Det er derfor en riktig forståelse av tyngdekraft og vekt er viktig for vitenskapen. Ofte brukes disse to nesten like konseptene om hverandre. Denne artikkelen gir en oversikt over hovedbegrepene, deres manifestasjoner, spesielle tilfeller, likheter og til slutt deres forskjeller.
Analyse av hovedkonseptene:

Kraften rettet mot et objekt fra planeten Jorden eller fra en annen planet i universet (enhver astronomisk kropp i vid forstand) er tyngdekraften. Kraft er en observerbar demonstrasjon av manifestasjonen av tyngdekraften. Numerisk uttrykt ved ligningen Fth=mg (g=9,8m/s2).

Denne kraften påføres hver mikropartikkel i kroppen, på makronivå, dette betyr at den påføres tyngdepunktet til denne kroppen, siden kreftene som virker på hver partikkel separat kan erstattes av resultanten av disse kreftene. Denne kraften er vektoriell, alltid rettet mot planetens massesenter. På den annen side kan Fstrand uttrykkes i form av gravitasjonskraften mellom to legemer, vanligvis forskjellige i masse. Det vil være en omvendt proporsjonal sammenheng med intervallet mellom gjenstander som samvirker i kvadratet (i henhold til Newtons formel).

Når det gjelder et legeme på et plan, vil det være gapet mellom kroppen og planetens massesenter, som er dens radius (R). Avhengig av kroppens høyde over overflaten endres Fstrand og g, siden gapet mellom de sammenkoblede objektene øker henholdsvis (R + h) , hvor h viser høyden over overflaten. Dette innebærer avhengigheten av at jo høyere objektet er over jordnivå, jo mindre gravitasjon og mindre g.

Kroppsvekt, egenskaper, sammenligning med tyngdekraften

Kraften som et legeme virker på en støtte eller vertikal oppheng kalles kroppens vekt. (W). Dette er en vektor, rettet mengde. Atomer (eller molekyler) i kroppen blir frastøtt fra partiklene i basen, noe som resulterer i en delvis deformasjon av både støtten og objektet, elastiske krefter oppstår og i noen tilfeller endres formen på kroppen og støtten litt kl. makronivået. En støttereaksjonskraft oppstår, parallelt oppstår det også en elastisk kraft på overflaten av kroppen som svar på støttereaksjonen - dette er vekt. Kroppsvekt (W) er vektorielt motsatt av støttereaksjonskraften.

Spesielle tilfeller, for dem alle er likestilling observert W=m(g-a):

Stativet er stasjonært i tilfelle av en gjenstand på bordet, eller det beveger seg jevnt med konstant hastighet (a=0) I dette tilfellet, W=Fheavy.

Hvis støtten akselererer nedover, akselererer kroppen også nedover, da er W mindre enn Fthand og vekten er helt null, hvis akselerasjonen er lik akselerasjonen av fritt fall (når g=a, W=0) I dette tilfellet er det en manifestasjon av vektløshet, støtten beveger seg med en akselerasjon g, og derfor vil det ikke være forskjellige spenninger og deformasjoner fra den kontaktmekaniske kraften påført fra utsiden. Vektløshet kan også oppnås ved å plassere kroppen på et nøytralt punkt mellom to identiske gravitasjonsmasser eller flytte objektet bort fra tyngdekraftskilden.

Et homogent gravitasjonsfelt kan i seg selv ikke forårsake "stress" i kroppen, akkurat som en kropp som beveger seg under påvirkning av Fstrand ikke vil føle gravitasjonsakselerasjon og forblir en vektløs, "stressfri" kropp. I nærheten av et inhomogent felt (massive astronomiske objekter), vil en fritt fallende kropp føle forskjellige tidevannskrefter, og fenomenet vektløshet vil være fraværende, siden ulike deler av kroppen vil akselerere ujevnt og endre form.

Stå med kroppen i bevegelse opp. Ekvivalent av alle krefter vil bli rettet oppover; derfor vil støttereaksjonen F være større enn Fstrand og W vil være større enn Fstrand, og denne tilstanden kalles overbelastning. Multiplisiteten av overbelastning (K) - hvor mange ganger verdien av vekten er større enn Ft. Denne verdien tas i betraktning, for eksempel når du flyr ut i verdensrommet og militær luftfart, siden det i utgangspunktet i disse områdene er mulig å oppnå betydelige hastigheter.

Overbelastning øker belastningen på menneskelige organer, hovedsakelig muskel- og skjelettsystemet og hjertet belastes mest av alt, på grunn av en økning i vekten av blod og indre organer. Overbelastningen er også en retningsverdi og dens konsentrasjon i en bestemt retning for kroppen må tas i betraktning (blod strømmer til bena eller til hodet osv.) Tillatte overbelastninger opp til en K-verdi på ikke mer enn ti.

Viktige forskjeller

1. Disse kreftene brukes på ulik "områder". Fstrand påføres objektets tyngdepunkt, og vekten påføres støtten eller opphenget.
2. Forskjellen ligger i den fysiske essensen: gravitasjon er en gravitasjonskraft, mens vekt har en elektromagnetisk natur. Faktisk er en kropp som ikke er utsatt for deformasjon fra ytre krefter i vektløshet.
3. Fthand og W kan variere både i kvantitativ verdi og i retning, hvis akselerasjonen til kroppen ikke er lik null, så er W i kroppen enten større eller mindre enn tyngdekraften, som i tilfellene ovenfor (hvis akselerasjonen er rettet i en vinkel, så er W rettet i akselerasjonsretningen) .
4. Kroppsvekt og gravitasjon ved polene til planeten og ekvator. Ved polen beveger et objekt som ligger på overflaten seg med en akselerasjon a = 0, siden det er plassert på rotasjonsaksen, derfor vil Fstrand og W falle sammen. Ved ekvator, gitt rotasjonen fra vest til øst, har kroppen en sentripetalakselerasjon og fokuset til alle krefter vil i henhold til Newtons lov være rettet mot planetens sentrum, i akselerasjonsretningen. Støttereaksjonskraften i motsetning til tyngdekraften vil også være rettet mot jordens sentrum, men den vil være mindre enn henholdsvis Fgr og kroppens vekt vil være mindre enn Fgr.

Konklusjon

På 1900-tallet ble begrepene absolutt rom og tid utfordret. Den relativistiske tilnærmingen plasserte ikke bare alle observatører, men også forskyvning eller akselerasjon, på samme relative grunnlag. Dette har ført til forvirring om hva som egentlig menes med tyngdekraft og vekt. Skalaen i en akselererende heis kan for eksempel ikke skilles fra skalaen i et gravitasjonsfelt.

Gravitasjonskraft og vekt ble dermed i hovedsak avhengig av observasjonshandlingen og observatøren. Dette førte til at konseptet ble forlatt som overflødig i grunnleggende disipliner som fysikk og kjemi. Imidlertid er representasjon fortsatt viktig i undervisningen i fysikk. Tvetydigheten introdusert av relativitet har ført, siden 1960-tallet, til diskusjoner om hvordan man definerer vekt, ved å velge mellom en nominell definisjon: en kraft på grunn av tyngdekraften eller en operasjonell definisjon bestemt direkte av veiehandlingen.