Прежде чем отвечать на вопрос о количестве килограммов в одном ньютоне, необходимо разобраться с предложенными понятиями с точки зрения общепринятой системы СИ, учитывая, что ньютон является не столько базовой единицей системы СИ, сколько единицей метрической.
Содержание:
- Порядок решения задачи
- Алгоритм решения вопроса с учетом законов физики
- Формула для перевода величин
Порядок решения задачи
При решении физических задач значения физических величин измерения массы, представленные в единицах, отличных от единиц массы, необходимо перевести в единицы СИ, т. е. в килограммы.
Перевод осуществляем следующим образом:
- 1 Н = 1 кг x 1 м/с2.
Если рассматривать поставленный вопрос буквально, то ответ будет следующим:
- 1 кг/1 Н = 1 кг/(1 кг x 1 м/с2) = 1/(1 м/с2) = 1 с2/м.
Получаем обратную единицу измерения ускорения. В этом нет здравого смысла.
Алгоритм решения вопроса с учетом законов физики
Если рассуждать здраво, то нужно исходить из позиции, что в системе СИ ньютон — единица силы, которую вы получаете при помещении тела в гравитационное поле. Фактически этот показатель используется для обозначения любых сил — гравитационных, электромагнитных, силы трения и других сил с привязкой к массе объекта, на который действуют любые силы. Килограмм же есть единица измерения массы.
Говоря проще, чтобы вытеснить тело весом один килограмм с ускорением один м/с2, нам нужно приложить силу, равную одному ньютону.
Если ограничивать силу только гравитационной силой планетной массы для тела меньшей массы на ее поверхности, можно вывести пропорциональную зависимость между массой и указанной гравитационной силой, приводящей к постоянному ускорению для произвольной массы (пренебрегая другими силами, такими как сопротивление воздуха). Иначе говоря, числовое значение ньютонов в килограмме в любом месте будет равно силе ускорения объекта определенной массы.
Таким образом, в системе СИ значение в 1 Н определяется как сила, необходимая для ускорения массы в один килограмм с ускорением в один метр в секунду за секунду (то есть секунду в квадрате) в направлении действия силы.
Обратите внимание, что сила и ускорение являются векторными величинами, поэтому они имеют направление и величину, тогда как масса — скалярное значение, имеющее только заданную величину.
Сила (F) равна массе (m) раз на ускорение (a): F = m x a .
Такой вывод основан на втором законе ньютоновского движения, ускорение тела, прямо пропорционально силе, действующей на тело, и обратно пропорционально массе этого тела.
Исходя из этого, вопрос о переводе ньютонов в килограммы изначально не имеет никакого смысла. По сути, это равносильно тому, как если бы вы спросили: «Сколько в одном часе метров?» или «Сколько байт в десяти литрах?» Поскольку сравнение различны физических величин, измеряемых в разных единицах, само по себе безосновательно.
Поэтому уместнее было бы рассматривать вопрос о том, как все-таки вычислить, сколько ньютонов в одном килограмме с позиции гравитации в определенном месте на Земле. Иными словами, чтобы найти массу в килограммах, нам нужно знать вес в ньютонах, поскольку масса фактически представляет собой вес тела. Приведя две физические величины с разными значениями к общему знаменателю — в данном случае утверждению о том, что масса равна весу, мы можем смело переводить ньютоны в килограммы и обратно, а также учитывать, насколько сильно гравитационное поле, которое напрямую связано с ускорением.
В частности, мы можем использовать формулу W = m x g (которая, по сути, является особым случаем выражения упомянутого второго закона: F = m x а), где W — вес объекта в ньютонах, m — масса объекта в килограммах, g — гравитационное ускорение объекта в ньютонах на килограмм.
Все по тому же второму закону получаем: F = m x g.
Если предположить, что объект весом 1 кг находится на Земле, поскольку один килограмм веса тяжелее на Земле, чем на Луне или, скажем, на Марсе, то мы учитываем значение g на поверхности Земли, которое составляет g = 9,8 Н/кг. Таким образом, получаем: W = 9,8 * 1 = 9,8 Н, то есть один килограмм составляет 9,8 ньютонов. Таким образом, мы с вами осуществили перевод килограммов в ньютоны:
Тело весом один килограмм имеет (стандартный) вес равный 9,8 Н.
Идем дальше. «Стандартная гравитация» или «стандартное ускорение свободного падения» (g ₀) составляет 9,80665 м/с² или 9,80665 Н/кг — среднее значение гравитации на поверхности планеты Земля.
Несмотря на то, что это значение является общепринятым для преобразования значений между массой и силой тяжести, это теоретическое значение, поскольку справедливо оно только для некоторых мест на Земле вблизи уровня моря.
Фактическая же сила тяжести на Земле изменяется на 0,7%. Но это частности. Хотя, как известно, из-за того, что не учитываются исключения и частности, могут возникать неточности при проведении измерений.
Формула для перевода величин
Отвечая на вопрос о переводе ньютонов в килограммы при стандартной гравитации (и это важно), получаем следующее значение:
- 1 Н ÷ g ₀ ≃ 0,101972 кг.
Округлив полученное значение, можно записать следующее:
- 1 Н = 0,101 кг.
Download Article
Download Article
Mass is one of the fundamental properties of an object in Physics, and is a measurement of how much matter there is in something. Matter is any substance that you can touch — anything that takes up physical space and has volume. Often, mass is related to size, but this isn’t a perfect relationship, as objects like a large hot-air balloon often have less mass than a small boulder. To calculate mass, you’ll first need the density and volume of the object. Read on for details of the formula and to learn about different types of mass across scientific disciplines.
-
1
Look up the object’s density. Density measures how tightly the matter in an object is packed together. Each material has its own density, which you can look up online or in a textbook. The scientific unit of density is kilograms per cubic meter (kg/m3), but you can use grams per cubic centimeter (g/cm3) for smaller objects.
- Use this formula to convert between these units: 1,000 kg/m3 = 1 g/cm3
- The density of liquids is often measured in kilograms per liter (kg/L) or grams per milliliter (g/mL) instead. These units are equivalent: 1 kg/L = 1 g/mL.
- Example: Diamond has a density of 3.52 g/cm3.
-
2
Measure the object’s volume. The volume is the amount of space the object occupies. Measure the volume of solids in cubic meters (m3) or cubic centimeters (cm3), and the volume of liquids in liters (L) or milliliters (mL). The formula for volume depends on the shape of the object. Refer to this article for common shapes.
- Use the same unit that appears as part of your density measurement.
- Example: Since we measured the density of diamond in g/cm3, we should measure our diamond’s volume in cm3. Let’s say our diamond’s volume is 5,000 cm3.
Advertisement
-
3
Multiply the volume and density together. Multiply your two numbers together, and you’ll know the mass of your object.[1]
Keep track of the units as you do this, and you’ll see that you end up with units of mass (kilograms or grams).- Example: We have a diamond with volume 5,000 cm3 and density 3.52 g/cm3. To find the diamond’s mass, multiply 5,000 cm3 x 3.52 g/cm3 = 17,600 grams.
Advertisement
-
1
Determine mass with force and acceleration. Newton’s second law of motion states that force equals mass times acceleration: F = ma. If you know the net force on the object, and it’s acceleration, you can rearrange this formula to find the mass: m = F / a.
- Force is measured in N (newton), which you can also write as (kg * m)/ s2. Acceleration is measured in m/s2. When you calculate F / a, the units cancel to give you an answer in kilograms (kg).[2]
- Force is measured in N (newton), which you can also write as (kg * m)/ s2. Acceleration is measured in m/s2. When you calculate F / a, the units cancel to give you an answer in kilograms (kg).[2]
-
2
Understand mass and weight. Mass is the amount of matter in an object; this does not change unless you cut off part of the object, or attach more material. Weight is a measurement of gravity’s effect on mass. If you move the object to an area with different gravity (such as from the earth to the moon), it’s weight will change, but it’s mass will not. [3]
- An object with more mass does weigh more than an object with less mass, if they’re experiencing the same gravity.
-
3
Calculate molar mass. If you’re doing your chemistry homework, you may come across the term “molar mass.” This is a related concept, but instead of measuring an object, you measure exactly one mole of a substance. Here’s how to calculate it in most contexts:
- For an element: look up the atomic mass of the element or compound you are measuring. This will be in “atomic mass units” (amu). Multiply by the molar mass constant, 1 g/mol, to put it into standard molar mass units: g/mol.
- For a compound: add the atomic masses of each atom in the compound to find the total amu of the molecule. Multiply this total by 1 g/mol.
Advertisement
-
1
Use a triple-beam balance. The balance is a device widely used to calculate an object’s mass. The balance has three beams. These beams carry weights. [4]
The weights allow you to move known masses along the beams.[5]
- The triple beam balance is not affected by gravity. Thus, it gives a true measurement of mass. It works by comparing a known mass to an unknown mass.
- The middle beam reads in 100g increments. The far beam reads in 10g increments. The weights will sit in a notch. The weight on the front beam can read from 0 to 10 grams.
- You should be able to get a very precise measurement of mass with this balance. The reading error for a triple-beam balance is only 0.06 grams. Think of the triple-beam balance as operating like a teeter-totter.[6]
-
2
Move the three sliders to their leftmost positions. You want to do this maneuver when the pan is empty. You want the balance to read zero.
- If the indicator on the far right does not align with the fixed mark, you should calibrate the balance by turning the set screw that you will find on the left under the pan.
- The reason you need to do this is because you need to make sure that the empty pan is 0.000g so its weight does not skew the mass reading you ultimately get. The weight of the container or pan is called its tare.
- You can also set the pan to 0 by screwing the knob under the pan in or out. Again, the balance must read zero. Place the object to be measured on the pan. You are now ready to determine the object’s mass using the sliding beams.
-
3
Move the sliding beams one at a time. First, move the 100-gram slider along the beam to the right first. Do this until the indicator drops below the fixed mark. The position that is to the left of this point indicates the number of hundreds of grams. You are sliding it one notch at a time.
- Move the 10-gram slider along the beam to the right. Do this until the indicator drops below the fixed mark. The notched position immediately to the left of this point indicates the number of tens of grams.
- The beam in the front does not have notches. You can move the slider anywhere you want on the beam. The beam’s boldface numbers are grams. The tick marks between the boldface numbers indicate tenths of grams.
-
4
Calculate the mass. You are now ready to find the mass of the object you placed in the pan. To do so, you should add the numbers from the three beams.
- Read the front scale as you would a ruler. You can read it to the nearest half tick mark.
- For example, let’s say you are trying to measure a can of soda. If the rear weight is in the notch that reads 70g, if the middle weight is in the notch reading 300g, and if the the front beam weight is 3.34g, then the can of soda weighs 373.34g.
Advertisement
Calculator, Practice Problems, and Answers
Add New Question
-
Question
How do you calculate the mass of a solution?
This answer was written by one of our trained team of researchers who validated it for accuracy and comprehensiveness.
wikiHow Staff Editor
Staff Answer
To find the total mass of a solution, you’ll need to add the mass of the solute to the mass of the solvent. If you don’t know the mass of the solvent or the solute, you can calculate them if you know their density and volume.
-
Question
How do you calculate mass from weight?
This answer was written by one of our trained team of researchers who validated it for accuracy and comprehensiveness.
wikiHow Staff Editor
Staff Answer
Divide the object’s weight by the acceleration of gravity to find the mass. You’ll need to convert the weight units to Newtons. For example, 1 kg = 9.807 N. If you’re measuring the mass of an object on Earth, divide the weight in Newtons by the acceleration of gravity on Earth (9.8 meters/second2) to get mass.
-
Question
How do you calculate mass from weight?
This answer was written by one of our trained team of researchers who validated it for accuracy and comprehensiveness.
wikiHow Staff Editor
Staff Answer
Divide the object’s weight by the acceleration of gravity to find the mass. You’ll need to convert the weight units to Newtons. For example, 1 kg = 9.807 N. If you’re measuring the mass of an object on Earth, divide the weight in Newtons by the acceleration of gravity on Earth (9.8 meters/second2) to get mass.
See more answers
Ask a Question
200 characters left
Include your email address to get a message when this question is answered.
Submit
Advertisement
-
You can use online calculators to find the mass if you know the volume and density.[7]
[8]
-
The symbol for mass is m or M.
Advertisement
-
Don’t use pounds and ounces to measure mass; these are units of weight, and not used in scientific contexts. Technically, in the United States, the measurement of mass is called a “slug.”[9]
Advertisement
Video
References
About This Article
Article SummaryX
To calculate the mass of an object, look up the recorded density of the object online or in a textbook, which will be in units of kg/m3 or g/cm3. Then, multiply the density of the object by it’s measured volume. Make sure that your measurements for volume and density are in the same units! For example, if you have a diamond with a volume of 5,000 cm3 and density of 3.52 g/cm3, multiply 5,000 cm3 by 3.52 g/cm3 to get the mass of 17,600 grams. If you want to learn how to find mass using a balance scale, keep reading the article!
Did this summary help you?
Thanks to all authors for creating a page that has been read 1,094,104 times.
Reader Success Stories
-
Michelle John
Nov 17, 2020
“It really helped me. Cause I’m in JSS2 and we didn’t do physics, chemistry and biology so I am new to it.…” more
Did this article help you?
В прошлом посте мы обсуждали как найти массу с ускорением и силой. Итак, в этом посте мы обсудим его особый случай, а именно, как рассчитать массу по весу. Итак, давайте углубимся.
Сэр Исаак Ньютон установил множество принципов, которые упрощают вычисление массы объекта. Определение массы объекта по его весу – это частный случай Второго закона Ньютона, в котором объект испытывает силу из-за гравитационного притяжения Земли.
В повседневной жизни мы используем термины «вес» и «масса». Большинство людей считают, что масса равна весу. Но нет, они совершенно разные и имеют разное толкование. Количество вещества в объекте или частице измеряется его массой, которая является фундаментальным свойством любого объекта или частицы. В то время как вес объекта или тела – это просто сила, испытываемая материей тела из-за гравитации.
Давайте рассмотрим частный случай второго закона Ньютона, чтобы определить массу любого объекта по его весу.
Как рассчитать массу из веса с помощью Второго закона Ньютона:
Второй закон Ньютона устанавливает связь между массой тела, равнодействующая сила действующее на него, и ускорение, которое объект испытывает благодаря этой силе. Таким образом, согласно второму закону Ньютона, ускорение, которое будет испытывать объект из-за приложенной к нему силы, будет прямо пропорционально суммарной силе, действующей на него. Более того, она находится в обратной зависимости от массы объекта.
Подставляя эти утверждения в уравнение, мы можем записать его как:
а ∝ F
а ∝ 1 / м
Таким образом,
Или,
F = ма
Делая массовость предметом уравнения, его можно выразить как:
Однако мы хотим определить массу по весу. Посмотрим, как нам может помочь закон Ньютона.
Как было сказано ранее, вес — это сила тяжести, действующая на объект. Поскольку гравитационная сила является причиной ускорения объекта, ее называют гравитационное ускорение. Обозначается буквой g. В результате во втором законе Ньютона сила F заменяется весом W, а ускорение a заменяется ускорением свободного падения g. В результате закон Ньютона можно записать следующим образом:
W = мг
В результате масса объекта по весу определяется по формуле:
Как мы все знаем, масса объекта остается постоянной, пока его скорость не приближается к скорости света. Однако в случае с весом это не так. Это происходит из-за изменения величины ускорения свободного падения. Ускорение свободного падения Земли составляет 9.8 м / с.2. Однако его стоимость, как и вес объекта, меняется на поверхности Луны. Согласно приведенному выше уравнению, если объект или тело имеют большую массу, они будут много весить и медленно ускоряться. А если он будет иметь меньшую массу, он будет легче и быстрее разгоняться.
Ньютон, килограмм и м / с2 являются Единицы измерения веса в системе СИ (так как это также сила), массы и ускорения свободного падения соответственно.
Проблемы нахождения массы по весу:
Проблема: тело испытывает на Земле гравитационную силу 294 Н. Затем определите массу тела.
Данный:
Сила тяжести на теле (масса тела) W = 294 Н
Ускорение свободного падения g = 9.8 м / с2
Найти:
Масса тела m =?
Решение:
Масса тела
∴ м = 30 кг
На поверхности земли тело массой 30 кг испытывает силу тяжести 294 Н.
Проблема: гравитационная сила, действующая на тело на поверхности Луны, составляет 71.5 Н, а гравитационное ускорение на Луне составляет 1.625 м / с2. Какой тогда была бы масса тела?
Данный:
Гравитационная сила, действующая на тело (масса тела) W = 71.5 Н
Ускорение свободного падения на поверхности Луны g = 1.625 м / с2
Найти:
Масса тела m =?
Решение:
Масса тела
∴ м = 44 кг
Таким образом, если на поверхности Луны тело весит 71.5 кг, то его масса составляет 44 кг.
Часто задаваемые вопросы о массе и весе:
В. Различайте массу и вес.
Ответ: И масса, и вес – это научные и математические величины, используемые для описания объектов в космосе. Однако они не совпадают, и отличия заключаются в следующем:
| Масса | Вес |
| Количество вещества, содержащегося в теле, и есть его масса. | Вес объекта или тела – это сила тяжести, действующая на материю тела. |
| Это скалярная величина, имеющая только значение. | Это векторная величина, поскольку это, по сути, сила, имеющая направление и величину. |
| Его ценность не меняется, куда бы вы ни пошли. | После появления гравитационное ускорение изменяется, это вызывает изменение веса объекта. |
| Балансировка используется для определения массы объекта. | Пружинные весы используются для определения веса объекта. |
| Единица СИ: кг | Единица СИ: Ньютон |
В. Почему для измерения материи лучше использовать массу, а не вес?
Ответ: Масса и вес – две величины, которые используются для описания объекта в космосе.
Гравитационное притяжение или вес ощущается предметом из-за его массы. Масса любого тела или объекта не зависит от его местоположения. Так что его ценность остается прежней. Однако вес объекта изменяется при изменении его местоположения. Полет на самолете снижает ваш вес. Когда вы путешествуете на другую планету или в космос, все меняется еще больше. Таким образом, благодаря неизменным характеристикам, масса – лучший способ измерить материю, чем вес.
В. Как гравитационное ускорение Земли g может быть равно 9.8?
Ответ: Ускорение свободного падения можно рассчитать, используя универсальный закон всемирного тяготения.
Сила тяготения между двумя объектами, согласно универсальному закону тяготения, может быть определена как:
Но здесь G – гравитационная постоянная = 6.67 X 10.-11 Nm2/ кг2
m1 = Me (масса Земли) = 5.98 X 1024 kg
m2 = m (масса объекта)
R (радиус Земли, когда объект находится на поверхности земли) = 6.38 X 106 m
Таким образом, гравитационная сила, действующая на объект из-за земли, равна:
Но,
F = мг
Где,
∴ g = 9.8 м / с2
В. Гравитация Луны ниже, чем у Земли. Как бы изменился ваш вес, если бы вы были на Луне по сравнению с Землей?
Ответ: На Земле и на Луне измерение веса объекта или тела дает разные результаты.
На поверхности Земли вес объекта определяется по формуле:
На поверхности Земли вес объекта определяется по формуле:
Таким образом, из приведенных выше уравнений мы можем написать:
Однако масса и радиус Земли в 100 раз и в 4 раза соответственно больше, чем у Луны, т. Е. Me = 100 млнm и Re = 4 рm.
Таким образом,
∴ Втm = (1/6) Втe
В результате мы можем заключить, что если вы весите себя на Луне, это будет 1/6 вашего веса на Земле. Однако ваша масса на Луне и на Земле останется прежней.
Загрузить PDF
Загрузить PDF
Масса – это количество материи, содержащейся в данном теле. Материя – это все, что можно физически ощутить. В большинстве случаев масса зависит от размеров тела, но это не всегда так – например, размеры воздушного шара могут быть больше размеров определенного тела, но при этом масса шара будет меньше массы этого тела. Эта статья расскажет вам, как найти массу.
-
1
Используйте трехрычажные весы. Любые весы используются для нахождения массы тел. В рассматриваемых весах есть три рычага, на каждом из которых имеется передвижная гиря.[1]
Также каждый рычаг снабжен шкалой, вдоль которой двигается гиря определенной массы.[2]
- На показания трехрычажных весов не влияет сила тяжести, что позволяет произвести точные измерения массы. В таких весах неизвестная масса сравнивается с известной массой.
- Средняя шкала имеет шаг 100 г. Дальняя шкала имеет шаг 10 г. Ближняя шкала измеряет вес в диапазоне 0-10 г.
- При помощи трехрычажных весов можно произвести очень точные измерения массы тела. В случае использования таких весов ошибка измерения составит всего 0,06 г. Принцип работы таких весов похож на принцип работы детской карусели.[3]
-
2
Передвиньте гири в крайнее левое положений. Это нужно сделать тогда, когда чаша весов пустая. В этом случае весы будут показывать 0.
- Если индикатор, расположенный справа, не совпадает с фиксированной меткой, откалибруйте весы, поворачивая калибровочный винт (он находится слева под чашей весов).
- Калибруют весы для того, чтобы масса чаши не влияла на показания весов, то есть когда чаша пустая, весы должны показывать 0 г. Масса чаши называется весом тары.
- Для того чтобы с чашей весы показывали 0 г, покрутите калибровочный винт, расположенный под чашей. Затем положите на чашу предмет (тело), массу которого вы хотите найти (это делается при помощи передвижных гирь).
-
3
Двигайте гири по одной. Для начала передвиньте гирю по средней шкале (с шагом 100 г). Передвигайте гирю вправо до тех пор, пока индикатор не опустится ниже фиксированной метки. Деление, находящееся слева от гири, указывает на число сотен граммов. За один раз передвигайте гирю на одно деление.
- Затем передвиньте гирю по дальней шкале (с шагом 10 г). Передвигайте гирю вправо до тех пор, пока индикатор не опустится ниже фиксированной метки. Деление, находящееся слева от гири, указывает на число десятков граммов.
- Ближняя шкала делений не имеет. Вы можете перемещать гирю по ней в любом направлении. Числа на этой шкале обозначают граммы, а штриховые метки между числами – десятые грамма.
-
4
Найдите массу тела. Теперь вы можете определить массу тела, находящегося на чаше весов. Для этого сложите показания трех шкал.
- Показания каждой шкалы читаются аналогично показаниям линейки. При этом учитывают показания до ближайшей середины между делениями.
- Например, измерим массу банки с содовой. Если дальняя шкала показывает 70 г, средняя шкала показывает 300 г, а ближняя шкала показывает 3,34 г, то масса банки равна 373,34 г.
Реклама
-
1
Вычисление массы через объем и плотность. Формула для вычисления плотности: плотность = масса / объем. Для того чтобы воспользоваться этой формулой, вам нужно знать объем и плотность тела.[4]
- Согласно этой формуле масса тела равна произведению плотности на объем: масса = объем Х плотность. Например, объем алмаза равен 0,00500 кубическим метрам, а его плотность равна 3,520 кгм^3. Для вычисления массы алмаза перемножьте эти значения: 0,00500 Х 3,520.
- Для перемножения значений воспользуйтесь онлайн-калькулятором. Его можно найти на разных сайтах.[5]
[6]
- Вы можете воспользоваться специальным калькулятором для вычисления объема тела. Например, вы можете найти объем конуса, если вам известны радиус его основания и высота.[7]
-
2
Уясните разницу между массой и весом. Это разные величины. Масса – это количество материи, содержащейся в данном теле. Вес – это сила, с которой тело действует на опору и которая возникает в поле силы тяжести. Вес тела возрастает с увеличением его массы.
- Помните, что вес тела зависит от его местоположения, потому что при этом меняется сила тяжести. Масса тела не зависит от его местоположения.[8]
Не забудьте вычислить массу тела в соответствующих единицах измерения (килограммах и граммах), а для обозначения массы используйте специальный символ (букву латинского алфавита). - Вес тел одинаковой массы может быть различным (в зависимости от силы тяжести). Например вес тела на Земле будет отличаться от веса того же тела на Луне.[9]
- Не измеряйте массу тела в фунтах и унциях.[10]
- Помните, что вес тела зависит от его местоположения, потому что при этом меняется сила тяжести. Масса тела не зависит от его местоположения.[8]
-
3
Вычисление массы через силу и ускорение. Формула для вычисление силы: F = m Х a.
- Таким образом, формула для вычисления массы: m = F/a, то есть масса равна силе, деленной на ускорение. Масса тела присутствует в формулировке второго закона Ньютона, который гласит, что ускорение прямо пропорционально вызывающей его силе и обратно пропорционально массе тела.
- Масса измеряется в килограммах (кг). Сила измеряется в ньютонах (Н).[11]
Реклама
Советы
- Масса обозначается буквой m. Масса считается постоянной величиной.
Реклама
Об этой статье
Эту страницу просматривали 19 781 раз.
Была ли эта статья полезной?
Содержание:
- Масса
- Второй закон Ньютона
- Масса — мера инертности тела
- Система единиц измерения механических величин
- Примеры решения задач на второй закон Ньютона
Масса – это физическая величина, одна из основных характеристик материи, определяющая её инертные и гравитационные свойства, масса рассматривается как мера инертности тела по отношению к действующей на него силе и как источник поля тяготения равны (принцип эквивалентности), в международной системе единиц (си) обозначается в килограммах.
На странице -> решение задач по физике собраны решения задач и заданий с решёнными примерами по всем темам физики.
Масса
Всякое тело притягивается Землёй. Сила, с которой Земля притягивает тело, называется весом тела. С понятием веса тела тесно связано другое, более общее
понятие — масса тела.
Массой тела называется количество вещества, содержащегося в этом теле.
Масса литра воды в 1000 раз больше массы 1 см3 воды, масса бревна во много раз больше массы полена из такого же дерева. Словом, массы однородных тел тем больше, чем больше объёмы этих тел. При равенстве их объёмов равны и массы. Так, например, массы двух одинакового объёма кусков железа равны между собой. Если положить эти куски на чашки весов, то они окажутся в равновесии. Это даёт нам возможность измерять массы тел взвешиванием.
Рис. 98. Измерение массы тела.
Массы двух тел равны, если эти тела одинаково притягиваются Землёй в одном и том же месте,
т. е. если они уравновешивают друг друга на чашках рычажных весов. При этом совершенно безразлично, из каких веществ состоят эти тела. Если массу одного из этих тел принять за единицу массы, то и масса другого тела, которое уравновешивается первым, будет также равна единице массы.
За единицу массы принята масса платинового цилиндра, хранящегося в Сере (близ Парижа). Эта масса называется килограммом. В отличие от единицы силы, обозначаемой кГ, единица массы сокращённо обозначается кг.
В физике за единицу массы принимают 0,001 кг. Эта единица называется граммом (сокращённое обозначение—г).
В практике эталоны масс изготовляют в виде гирь различной величины.
Чтобы измерить массу тела, надо положить на одну чашку весов это тело, а на другую—гири. При равновесии весов масса тела равна массе гир,,. На рисунке 98 показано, что масса тела равна 0,5 кг.
Второй закон Ньютона
Во втором законе Ньютона устанавливается связь между силой, действующей на тело, массой тела и ускорением, с которым движется это тело.
Рис. 99. Прибор для установления зависимости ускорения от силы, действующей на тело.
Рассмотрим сначала, как зависит ускорение одного и того же тела от величины силы, действующей на тело. Проделаем следующий опыт (рис. 99). К тележке, которая может (с малым трением) двигаться по столу, прикреплён динамометр. К другому концу динамометра прикреплена нитка с грузом М, переброшенная через блок. По показаниям динамометра мы сможем определить силу, действующую на тележку. Пользуясь капельницей, отметим пути, пройденные тележкой при ускоренном движении за различные промежутки времени под действием постоянной силы. Измерения показывают, что пути эти пропорциональны квадратам времён. Таким образом, движение под действием постоянной силы есть равноускоренное движение.
Измерив длину пройденного тележкой пути за какой-нибудь промежуток времени t, по формуле 
определяем ускорение а.
Будем подвешивать к концам нити различные грузы, каждый раз измеряя динамометром силу и вычисляя соответствующее этой силе ускорение тележки.
Результаты таких измерений и вычислений отражены в таблице.
Из таблицы видно, что с увеличением силы в 1,5 раза ускорение увеличивается тоже в 1,5 раза; если сила увеличивается в 2 раза, в 2 раза увеличивается и ускорение, и т. д., т. е. ускорение тележки прямо пропорционально силе, действующей на тележку.
Математически это можно записать в виде формулы:
Чтобы установить, как зависит ускорение от массы тела, будем действовать на тележку какой-нибудь постоянной силой.
Нагружая тележку гирями, изменим массу движущихся тел.
Ускорение, получаемое тележкой, будем вычислять так же, как и в первом случае.
Результаты опытов снова занесём в таблицу.
Данные таблицы показывают, что при неизменной силе увеличение массы тела в два раза приводит к уменьшению ускорения в два раза, и наоборот, при уменьшении массы в два раза ускорение увеличивается в два раза, т. е. ускорение тележки с грузами обратно пропорционально их общей массе. Математически этот вывод можно
выразить формулой:
Итак, результаты опытов показывают, что ускорение, с которым движется тело, пропорционально действующей на тело силе и обратно пропорционально массе этого тела.
Кроме того, ускорение тела совпадает с этой силой по направлению.
Этот вывод, как показал Ньютон, имеет всеобщий характер; он носит название второго закона Ньютона.
Во втором законе Ньютона говорится о действии одной силы. Но практически на тело всегда действуют несколько сил. Нам уже известно, что в расчётных целях мы действие нескольких сил можем заменить действием одной силы — равнодействующей. Поэтому в случае, когда на тело действуют несколько сил, под силой, вызывающей ускорение тела, подразумевается их равнодействующая.
Второй закон Ньютона математически можно выразить в виде следующей формулы:
откуда 
Величина силы равна произведению массы тела на ускорение.
Таким образом, второй закон Ньютона позволяет вычислить величину силы, если известна масса тела и ускорение, с которым оно движется.
В частности, на основании второго закона Ньютона вес тела Р можно выразить через массу этого тела т и ускорение свободного падения g:
Р = mg.
Из сопоставления формулы F=ma и P=mg видно, что
т. е. ускорение движения тела под действием некоторой силы во столько же раз больше или меньше ускорения свободного падения, во сколько раз действующая сила больше или меньше веса тела.
При решении задач с помощью указанного выше отношения однородные величины должны быть выражены в одних и тех же единицах.
Пример. Санки с седоком весят 70 кГ и скатываются с горы с ускорением 
Определить силу, движущую санки.
Р=70 кГ;
g=
а =
F = ?
Из формулы 
определим F:
Масса — мера инертности тела
Первый закон Ньютона утверждает, что всякое тело обладает свойством инерции, иначе говоря, всякое тело инертно. Какова мера инертности тела? Обратимся к следующему примеру.
Пусть по горизонтальному пути с одинаковой скоростью движутся два вагона, один пустой, другой гружёный. Пусть на каждый из них одновременно начали действовать одинаковые силы, тормозящие их движение. Какой из этих вагонов будет дольше сохранять своё движение? Опыт показывает, что гружёный вагон будет двигаться дольше, следовательно, можно сказать, что он обладает и большей инертностью. Но масса гружёного вагона больше массы пустого; отсюда следует, что чем больше масса тела, тем более оно инертно.
Рис. 100. Масса наковальни значительно больше массы молота.
Этот вывод непосредственно вытекает из второго закона Ньютона. Действительно, по второму закону Ньютона 
т. е. ускорение обратно пропорционально массе, а так как масса гружёного вагона больше массы пустого, то и ускорение его движения будет меньше (ускорение направлено против движения). Следовательно, гружёный вагон дольше будет сохранять своё движение.
Итак, масса тела является мерой его инертности.
Из второго закона Ньютона 
следует,что любая сколь угодно малая сила может вызвать ускоренное движение тела.
Не противоречит ли этому то, что мы иногда, толкая тяжёлый предмет, не можем сдвинуть его с места? Нисколько не противоречит. Дело в том, что между предметом и полом существует трение, и нам, чтобы привести его в движение,надо преодолеть это трение, а для этого сила, с которой мы толкаем предмет, должна быть больше силы трения, что не всегда бывает.
Изменение скорости тела зависит от массы тела и от времени действия силы на тело. Это видно хорошо на следующем опыте.
Положим на одну чашку весов тяжёлую плиту и уравновесим её гирями или каким-нибудь другим грузом. Если резко ударить небольшим молоточком по плите, то равновесие весов не нарушится.
Если же положить на чашки весов тела с малой массой, то уже при самом незначительном ударе равновесие весов нарушится.
Чем больше масса тела, тем меньшее изменение скорости вызывает действующая на него сила. Это учитывается в технике.
Рис. 101. Машина на массивном фундаменте.
Так, например, для уменьшения сотрясений от ударов делают массивными и прочно соединяют с землёй мостовые „быки“ и упоры; массивными делают наковальни: относительные размеры молота и наковальни видны на рисунке 100. По этой же причине станки и машины делают массивными и устанавливают их на массивные фундаменты. На рисунке 101 изображена машина, установленная на массивном основании.
Нам известен способ определения массы тела с помощью взвешивания тела на рычажных весах. Второй закон Ньютона даёт нам другой способ определения массы — как меры инертности тела по величине силы и ускорению:
Опытом проверено, что оба эти способа определения массы тела (по весу и по инертности) дают совершенно одинаковые результаты.
Система единиц измерения механических величин
Чтобы применять формулы для числовых расчётов, необходимо установить, в каких единицах измеряются физические величины.
Физические законы связывают физические величины определёнными зависимостями. Поэтому если произвольно выбрать единицы для измерения некоторых величин, то единицы для измерения других величин получатся на основе соответствующих законов. Например, в формуле s = vt дана зависимость между тремя величинами. Если мы произвольно выберем единицы каких-нибудь двух величин, то единица третьей величины определится из этого уравнения. Условившись, например, измерять путь в метрах, а время в секундах, мы должны будем измерять скорость в 
Зависимости, существующие между физическими величинами, дают возможность составить такую совокупность единиц, в которой для измерения механических величин достаточно выбрать произвольно три единицы: единицу длины, единицу массы, или силы, и единицу времени; такая совокупность единиц называется системой единиц.
Выбранные произвольно единицы системы называются основными единицами, а все другие — производными единицами.
В физике принята система единиц, в которой основными единицами являются: единица длины—1 см (сотая часть международного метра), единица массы— 1 г (тысячная часть международного килограмма) и единица времени—1 сек ( 
средних солнечных суток, измеряемая весьма точными часами, которые систематически проверяются астрономическими наблюдениями) (Солнечные сутки—промежуток времени между двумя следующими друг за другом полуднями. Так как продолжительность солнечных суток в разные времена года несколько различна, то в практику введены средние солнечные сутки, продолжительность которых равна средней длительности суток за год).
Эта система называется системой единиц CGS (по первым буквам слов—сантиметр, грамм, секунда).
Единица скорости в этой системе 
единица ускорения 
Полагая в формуле F=ma второго закона Ньютона m = 1 г, получим единицу силы в системе CGS:
За единицу силы в системе CGS принимается такая сила, под действием которой масса в 1 г движется с ускорением, равным 
Эта единица называется диной (сокращённо дн).
В системе единиц, применяемой в настоящее время в СССР при электрических и магнитных измерениях, за основные единицы принимаются:
единица длины — 1 м,
единица массы — 1 кг,
единица времени — 1 сек,
единица тока — 1 ампер.
Сокращённо мы эту систему единиц будем называть MKSA (по первым буквам слов—метр, килограмм, секунда, ампер).
Единицей силы в системе MKSA будет такая сила, под действием которой масса в 1 кг движется с ускорением 
Эта единица называется ньютон (сокращённо н). Таким образом,
Вычислим, сколько в одном ньютоне содержится дин.
или 
В практике довольно широко распространена так называемая техническая система единиц. В этой системе основными единицами являются:
единица длины —1 м,
единица силы —1 кГ,
единица времени—1 сек.
Единица массы в этой системе единиц является производной и может быть определена из равенства 
т. е. единицей массы в технической системе единиц является масса, которая под действием силы в 1 кГ движется с ускорением 
Сокращённое обозначение этой единицы—т. е. м. Таким образом,
Между различными единицами массы и силы существуют следующие соотношения:
1 кГ есть сила, с которой Земля притягивает массу в 1 кг и сообщает ей ускорение 
Отсюда: 
или округлённо:
Так как 
то 1 кГ = 9,8 н.
Примеры решения задач на второй закон Ньютона
1. Постоянная сила, равная 2 кГ, действует на тело, вес которого 19,6 кГ. С какой скоростью будет двигаться тело в горизонтальном направлении по прошествии 5 сек., если начальная скорость движения равна нулю?
Расчёты ведём в системе CGS.
Дано: F = 2 кГ=2*980000 дн = 1960000 дн;
m=19600 г; t = 5 сек. Найти 
Под действием постоянной силы тело будет двигаться равноускоренно. Скорость этого тела определим по формуле:
Время t дано по условиям задачи.
Ускорение найдем на основании второго закона: 
Ответ: 
2. Тело весом 98 кГ движется со скоростью, равной 
Какую силу надо приложить, чтобы остановить это тело в течение 5 мин.? Расчёты провести в технической системе единиц.
Дано: Р = 98 кГ; 
t = 300 сек. Найти F.
Искомую силу найдём на основании второго закона:
F = mа.
Под действием этой силы тело будет двигаться равнозамедленно, отрицательное ускорение его а определим по формуле;
Так как 
то
и 
По второму закону Ньютона Р = mg, откуда
Ответ. 
3. На тело, движущееся с начальной скоростью в 
подействовали силой в 10 Г в направлении движения, после чего тело прошло за 5 сек. путь в 200 м. Определить вес тела. Расчёты провести в системе CGS.
Вес тела в системе CGS, выражаемый в динах, найдётся на основании второго закона Ньютона:
Надо найти массу в граммах. Для этого воспользуемся тем F же вторым законом, 
ускорение а по условиям задачи вычислим по формуле:
откуда
Масса тела
Ответ. 
При решении физических задач мы производим математические действия не только с числовыми значениями величин, но и над их наименованиями. Если предварительно все величины, указанные в задаче, выразить в единицах одной системы единиц и правильно применить соотношения, существующие между физическими величинами, то ответ всегда получится в единицах этой системы. Это позволяет нам не загромождать вычисления наименованиями единиц; достаточно указать наименование величины только в окончательном результате.
Пример. Тело массой 0,01 кг, двигаясь равноускоренно без начальной скорости, за 1 мин. прошло в горизонтальном направлении путь, равный 18 м. Определить силу, действующую на тело.
Дано: m = 0,01 кг; t = 1 мин.; s = 18 м. Найти F.
Выражаем все данные в задаче величины в единицах одной системы, например в системе CGS.
m = 10 г; t = 60 сек.; s = 1800 см.
По второму закону Ньютона F = ma. (1)
Масса дана, ускорение а находим по формуле пути равноускоренного движения: 
откуда
Подставим значение а из равенства (2) в равенство (1), получим:
Подставляя численные значения величин в равенство (3), определим величину силы F:
Услуги по физике:
- Заказать физику
- Заказать контрольную работу по физике
- Помощь по физике
Лекции по физике:
- Физические величины и их измерение
- Основные законы механики
- Прямолинейное равномерное движение
- Прямолинейное равнопеременное движение
- Сила
- Взаимодействия тел
- Механическая энергия
- Импульс
- Вращение твердого тела
- Криволинейное движение тел
- Колебания
- Колебания и волны
- Механические колебания и волны
- Бегущая волна
- Стоячие волны
- Акустика
- Звук
- Звук и ультразвук
- Движение жидкости и газа
- Молекулярно-кинетическая теория
- Молекулярно-кинетическая теория строения вещества
- Молекулярно – кинетическая теория газообразного состояния вещества
- Теплота и работа
- Температура и теплота
- Термодинамические процессы
- Идеальный газ
- Уравнение состояния идеального газа
- Изменение внутренней энергии
- Переход вещества из жидкого состояния в газообразное и обратно
- Кипение, свойства паров, критическое состояние вещества
- Водяной пар в атмосфере
- Плавление и кристаллизация
- Тепловое расширение тел
- Энтропия
- Процессы перехода из одного агрегатного состояния в другое
- Тепловое расширение твердых и жидких тел
- Свойства газов
- Свойства жидкостей
- Свойства твёрдых тел
- Изменение агрегатного состояния вещества
- Тепловые двигатели
- Электрическое поле
- Постоянный ток
- Переменный ток
- Магнитное поле
- Электромагнитное поле
- Электромагнитное излучение
- Электрический заряд (Закон Кулона)
- Электрический ток в металлах
- Электрический ток в электролитах
- Электрический ток в газах и в вакууме
- Электрический ток в полупроводниках
- Электромагнитная индукция
- Работа, мощность и тепловое действие электрического тока
- Термоэлектрические явления
- Распространение электромагнитных волн
- Интерференционные явления
- Рассеяние
- Дифракция рентгеновских лучей на кристалле
- Двойное лучепреломление
- Магнитное поле и электромагнитная индукция
- Электромагнитные колебания и волны
- Природа света
- Распространение света
- Отражение и преломление света
- Оптические приборы и зрение
- Волновые свойства света
- Действия света
- Линзы и получение изображений с помощью линз
- Оптические приборы и глаз
- Фотометрия
- Излучение и спектры
- Квантовые свойства излучения
- Специальная теория относительности в физике
- Теория относительности
- Квантовая теория и природа поля
- Строение и свойства вещества
- Физика атомного ядра
- Строение атома
