Как найти вес тела в состоянии покоя - Сайт, где вы сможете решить свои вопросы

Содержание:

Вес тела:

Множество тел на Земле находятся в состоянии покоя относительно ее поверхности. Почему же тела, на которые всегда действует сила тяготения, не изменяют своего положения и скорости под действием этой силы?

Ответ на этот вопрос найдем при проведении опыта. С этой целью положим линейку на две подставки и поставим на нее груз (рис. 48). Линейка деформируется. Следовательно, груз подействовал на линейку и изменил ее форму, деформировал. А при деформации возникла сила упругости, которая уравновесила силу тяготения, и груз прекратил движение к Земле.

Закрепим в штативе резиновую нить, а к ее концу прикрепим шарик. Если отпустим шарик, то он начнет двигаться вниз и будет растягивать нить до тех пор, пока сила упругости не уравновесит силу тяготения.

В обоих случаях на груз и шарик действовала сила тяготения, поэтому они, в свою очередь, действовали на линейку или резиновую нить.

Что такое вес тела

Силу, с которой тело действует на опору или подвес, называют весом тела.

Вес зависит от механического состояния тела. Если тело неподвижно относительно опоры или подвеса или движется равномерно и прямолинейно, то вес по значению и направлению совпадает с силой тяготения.

Для этого случая можно записать, что

Однако между этими силами есть и существенные различия. Так, они приложены к различным телам. Если сила тяготения приложена к данному телу, то вес приложен к опоре или подвесу (рис. 49, 50).

Отличия проявляются и тогда, когда тело и опора свободно падают под действием силы тяготения. В этом случае вес исчезает и возникает состояние невесомости.

Такую особенность веса можно наблюдать в сравнительно простых опытах. Повесим на нити, закрепленной в штативе, металлический динамометр, к крючку которого прикреплены грузы. Стрелка покажет определенное значение веса грузов. Теперь перережем нить -динамометр с грузом начнет падать. В момент падения стрелка динамометра сместится на деление «ноль» (рис. 51). Таким образом, при свободном падении тела вес тела исчезает, возникает состояние невесомости.

Невесомость ощущают пилоты и космонавты. Если космический корабль движется вокруг Земли, то он все время как бы падает на Землю и все тела в его кабине теряют вес (рис. 52). В таких условиях много обычных явлений происходит своеобразно. Так, вода вне сосуда приобретает шарообразную форму и свободно плавает в пространстве. Брошенный предмет будет двигаться от стенки к стенке прямолинейно, не останавливаясь.

Заказать решение задач по физике

Вес и невесомость

Вес — это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес. Вес тела обозначается буквой Точка приложения веса находится на опоре (или подвесе). Вес направлен перпендикулярно поверхности опоры или вдоль подвеса. В зависимости от состояния тела его вес может изменяться или оставаться неизменным.

Случай, когда вес тела не меняется

Если тело находится в состоянии покоя или движется прямолинейно равномерно по горизонтальной поверхности, то его вес не изменяется. Почему?

Согласно III закону Ньютона, вес тела действует на опору и равен по модулю и противоположен по направлению силе реакции опоры Сила реакции приложена к самому телу (b): (для удобства точка приложения силы реакции опоры смещается в центр тела).

Если тело на подвесе находится в состоянии покоя или вместе с подвесом движется прямолинейно равномерно, то, согласно III закону Ньютона, вес этого тела, действующий на подвес, равен по модулю и направлен противоположно силе натяжения нити Сила натяжения прикладывается к самому телу (см: b):

Согласно II закону Ньютона, уравнение движения для тела, находящегося в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения на горизонтальной опоре, записывается в виде:

Принимая во внимание, что результирующая сила равна векторной сумме силы тяжести и силы реакции опоры, уравнение движения примет вид:

Для решения уравнения выбирается ось координат, определяются проекции векторов сил на эту ось и, приняв во внимание знак проекций, записывают их в уравнение. За положительное направление оси выбирается направление действия силы тяжести (см: b). Учитывая значения проекций сил на эту ось и равенство нулю ускорения тела в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения, получим уравнение движения тела в следующем виде:

Отсюда видно, что вес тела, находящегося в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения, численно равен модулю силы тяжести:

Случай, когда вес тела меняется

Если тело вместе с опорой (или с подвесом) движется с ускорением в вертикальном направлении, то, в зависимости от направления движения, вес тела увеличивается или уменьшается.

Предположим, что тело вместе с опорой движется вертикально вверх с ускорением то есть движется в направлении, противоположном направлению действия силы тяжести. Уравнение движения тела в векторной форме остается без изменения:

Если направить координатную ось вдоль направления движения (с), получим:

Отсюда видно, что вес тела, движущегося вместе с опорой вертикально вверх с ускорением увеличивается. Такое состояние тела называется перегрузкой:

Ясно, что если тело вместе с опорой будет двигаться в направлении действия силы тяжести, то его вес уменьшится:

Случай, когда вес тела равен нулю – невесомость

Если тело движется только под действием гравитационной силы, то есть его ускорение будет равно ускорению свободного падения то вес тела будет равен нулю. Такое состояние тела называется невесомостью:

Закон всемирного тяготения
Свободное падение тела
Равнодействующая сила и движение тела под действием нескольких сил
Сила давления в физике и единицы давления
Сила упругости в физике и закон Гука
Деформация в физике
Плотность вещества в физике
Сила трения в физике

Источник

Формула для измерения веса тела

Мы часто употребляем фразы наподобие: «Пачка конфет весит 250 грамм» или «я вешу 52 килограмма». Использование таких предложений происходит автоматический. Но что такое вес? Из чего он складывается и как его посчитать?

Для начала нужно понять, что неправильно говорить: «Этот предмет весит Х килограмм». В физике существует два разных понятия – масса и вес. Масса измеряется в килограммах, граммах, тонах и так далее, а вес тела рассчитывается в ньютонах. Поэтому, когда мы говорим, например, что мы весим 52 килограмма, мы на самом деле имеем в виду массу, а не вес.

Вес в физике

Масса – это мера инертности тела. Чем тело обладает большей инертностью, тем больше времени понадобится, чтобы придать ему скорость. Грубо говоря, чем выше значение массы, тем тяжелее сдвинуть предмет. В международной системе единиц массу измеряют в килограммах. Но её также измеряют и в других единицах, например;

унция;
фунт;
стоун;
американская тонна;
английская тонна;
грамм;
миллиграмм и так далее.

Когда мы говорим один, два, три килограмма, мы сравниваем массу с эталонной массой (прообраз которой находится во Франции в МБМВ). Масса обозначается m.

Вес – это сила, которая действует на подвес или опору за счёт предмета, притягиваемого силой тяжести. Это векторная величина, а значит у него есть направление (как и у всех сил), в отличие от массы (скалярная величина). Направление всегда идёт в центр Земли (из-за силы тяжести). Например, если мы сидим на стуле, сиденье которого располагается параллельно Земле, то вектор силы направлен строго вниз. Вес обозначается P и рассчитывается в ньютонах [Н].

Если тело находится в движении или покое, то сила тяжести (Fтяж), действующая на тело, равна весу. Это справедливо, если движение происходит вдоль прямой линии относительно Земли, и оно имеет постоянную скорость. Вес действует на опору, а сила тяжести на само тело (которое располагается на опоре). Это разные величины, и независимо от того, что они равны в большинстве случаев, не стоит их путать.

Сила тяжести – это результат притяжения тела к земле, вес – воздействие тела на опору. Так как тело изгибает (деформирует) опору своим весом, возникает ещё одна сила, она называется сила упругости (Fупр). Третий закон Ньютона гласит, что тела взаимодействуют друг с другом с одинаковыми по модулю силами, но разными по вектору. Из этого следует, что для силы упругости должна быть противоположная сила, и эта она называется – сила реакции опоры и обозначается N.

По модулю |N|=|P|. Но так как эти силы разнонаправленные, то, раскрывая модуль, мы получим N= – P. Именно поэтому вес можно измерить динамометром, который состоит из пружинки и шкалы. Если подвесить груз на это устройство, пружинка растянется до определённой отметки на шкале.

Как измерить вес тела

Второй закон Ньютона гласит, что ускорение равно силе, делённой на массу. Таким образом, F=m*a. Так как Fтяж равна P (если тело находится в покое или движется по прямой (относительно Земли) с одинаковой скоростью), то и Р тела будет равняться произведению массы и ускорения (P=m*a).

Мы знаем, как найти массу, и знаем, что такое вес тела, осталось разобраться с ускорением. Ускорение – это физическая векторная величина, которая обозначает изменение скорости тела за единицу времени. Например, объект движется первую секунду со скоростью 4 м/с, а на второй секунде его скорость увеличивается до 8 м/с, значит, его ускорение равняется 2. По международной системе единиц ускорение рассчитывается в метрах на секунду в квадрате [м/с 2 ].

Если поместить тело в специальную среду, где будет отсутствовать сила сопротивления воздуха – вакуум, и убрать опору, то объект начнёт лететь равноускоренно. Название этого явления — ускорение свободного падения, которое обозначается g и рассчитывается в метрах на секунду в квадрате [м/с 2 ].

Интересно, что ускорение не зависит от массы тела, а значит если мы кинем листок бумажки и гирю на Земле в специальных условиях, при которых отсутствует воздух (вакуум), то эти предметы приземлятся в одно и то же время. Так как листок имеет большую площадь поверхности и относительно маленькую массу, то для того чтобы упасть, ему приходятся сталкиваться с большим сопротивлением воздуха. В вакууме такого не происходит, и поэтому перо, листок бумаги, гиря, пушечное ядро и другие предметы будут лететь с одной и той же скоростью и упадут в одно время (при условии, что они начнут лететь в одно и то же время, и их первоначальная скорость будет равняться нулю).

Так как Земля имеет форму геоида (или по-другому эллипсоида), а не идеального шара, то и ускорение свободного падения в разных участках Земли разное. Например, на экваторе оно равно 9,832 м/с 2 , а на полюсах 9,780 м/с 2 . Это происходит потому, что на некоторых участках Земли расстояние до ядра больше, а на некоторых меньше. Чем ближе объект находится к центру, тем сильнее он притягивается. Чем объект дальше, тем сила тяжести меньше. Обычно, в школе округляют это значение до 10, это делается для удобства расчётов. Если же необходимо измерить более точно (в инженерном или военном деле и так далее), то берут конкретные значения.

Таким образом, формула для расчёта веса телу будет выглядеть следующим образом P=m*g.

Примеры задач для расчёта веса тела

Первая задача. На стол положили груз массой 2 килограмма. Каков вес груза?

Для решения этой задачи нам понадобится формула по расчёту веса P=m*g. Мы знаем массу тела, а ускорение свободного падения примерно составляет 9,8 м/с 2 . Подставляем эти данные в формулу и получим P=2*9,8=19,6 Н. Ответ: 19,6 Н.

Вторая задача. На стол положили парафиновый шарик, объёмом 0,1 м 3 . Каков вес шарика?

Эту задачу необходимо решать в следующей последовательности;

Для начала нам надо вспомнить формулу веса P=m*g. Ускорение нам известно – 9,8 м/с 2 . Осталось найти массу.
Масса рассчитывается по формуле m=p*V, где p – это плотность, а V – объём. Плотность парафина можно посмотреть в таблице, объём нам известен.
Необходимо подставить значения в формулу, для нахождения массы. m=900*0,1=90 кг.
Теперь подставляем значения в первую формулу, для нахождения веса. P=90*9,9=882 Н.

Видео

В этом видео уроке разбирается тема – сила тяжести и вес тела.

Вес тела

О чем эта статья:

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.

Если у вас неподалеку есть весы — приглашаем в эксперимент! Один нюанс: наша затея сработает именно с механическими весами, но не с электронными. Поехали!

Шаг 1. Если встать на весы ровно и не двигаться — ваш вес будет высчитываться по формуле:

P = mg

g — ускорение свободного падения [м/с 2 ]

На планете Земля g = 9,8 м/с 2

Здесь может возникнуть два возражения:

Это же сила тяжести, а не вес. Формула такая же!

На весах масса отображается в килограммах. И если я свою массу умножу на ускорение свободного падения, то явно получу число почти в 10 раз больше, чем показывают весы.

Точка приложения силы. Эта формула и правда аналогична силе тяжести. Вес тела в состоянии покоя численно равен массе тела, разница состоит лишь в точке приложения силы.

Сила тяжести — это сила, с которой Земля действует на тело, а вес — сила, с которой тело действует на опору. Это значит, что у них будут разные точки приложения: у силы тяжести к центру масс тела, а у веса — к опоре.

Весы измеряют силу. Весы работают таким образом, что измеряют вес тела — силу, с которой мы на них действуем, а показывают — массу. Можно сделать вывод, что весы — это динамометр (прибор, измеряющий силу).

Шаг 2. Теперь пошалим и резко встанем на носочки! Стрелка резко отклонилась влево, а потом вернулась на место. Вы придали себе ускорение, направленное вверх — в то время, как ускорение свободного падения всегда направлено к центру Земли (вниз).

Теперь вес тела вычисляем по формуле:

P = m (g − a)

g — ускорение свободного падения [м/с 2 ]

a — ваше ускорение [м/с 2 ]

На планете Земля g = 9,8 м/с 2

Шаг 3. Последняя часть эксперимента — резко опуститься на пятки. Теперь вы сильнее давите на весы, потому что придали ускорение, направленное вниз. Стрелка весов отклонится вправо и вернется на место, когда вы придете в состояние покоя.

Формула веса примет вид:

P = m (g + a)

g — ускорение свободного падения [м/с 2 ]

a — ваше ускорение [м/с 2 ]

На планете Земля g = 9,8 м/с 2

Кстати, если ровно стоять на весах, но взвешиваться в лифте — все будет работать наоборот. Если лифт едет вверх, то он как будто давит весами на человека, стоящего на них, а это как раз ситуация с увеличением веса. А если вниз — весы как будто бы от вас «убегают», чтобы показать меньшее значение.

Этот случай мы можем описать через 2 закон Ньютона. Возьмем лифт, который едет вниз. Обозначим силы на рисунке.

N – сила реакции опоры [Н];

mg – сила тяжести [Н];

a – ускорение, с которым движется лифт [м/с 2 ].

При проецировании на ось y, направленную вниз, мы получаем:

А теперь нам понадобится третий закон Ньютона — по нему сила реакции опоры равна весу тела:

Попробуйте курсы подготовки к ЕГЭ по физике с опытным преподавателем в онлайн-школе Skysmart!

Снова невесомость

Ну что, с весом разобрались. А теперь давайте сделаем так, чтобы его не стало и получилась та самая невесомость.

Чтобы привыкнуть к ощущению невесомости в космосе, космонавты тренируется в специальных самолетах-лабораториях:

Он взлетает и начинает просто падать, чтобы ускорение самолета было равно ускорению свободного падения. В этот момент, в формуле веса из g вычитается равное ему значение и получается 0:

P = m (g − a) = m (9,8 − 9,8) = 0

Вот мы и в невесомости!

Если они летят вокруг Земли, то да. Как писал Дуглас Адамс в книге «Автоспом по галактике»: «Летать просто. Нужно просто промахнуться мимо Земли».

Когда космический корабль обращается вокруг Земли, он просто пытается на нее упасть, но промахивается. Такой процесс происходит, когда корабль движется с первой космической скоростью, равной 7.9 км/с. Это та скорость, с которой корабль становится искусственным спутником Земли.

Кстати, есть еще вторая и третья космические скорости. Вторая космическая скорость — это минимальная скорость, с которой должно двигаться тело, чтобы оно могло без затрат дополнительной работы преодолеть влияние поля тяготения Земли, т. е. удалиться на бесконечно большое расстояние от Земли. А тело, которое двигается с третьей космической скоростью, и вовсе вылетит за пределы Солнечной системы. Такие дела. 🙂

Вес тела

теория по физике 🧲 динамика

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

Вес тела имеет электромагнитную природу (не путать с силой тяжести — она возникает между двумя телами и имеет гравитационную природу!). Обозначается P . Измеряется динамометром. Единица измерения — Н (Ньютон).

Вес имеет направление, противоположное силе реакции опоры или силе натяжения нити. Точкой приложения веса является точка опоры или подвеса: P ↑↓ N или P ↑↓ T .

Согласно III закону Ньютона модуль веса тела определяется одной из следующих формул:

Если тело и опора или подвес неподвижны, то модули силы реакции опоры, силы натяжения подвеса, а также силы упругости равны модулю силы тяжести. Поэтому в неподвижной системе модуль веса неподвижного тела тоже равен модулю силы тяжести:

Если тело находится в состоянии невесомости, его вес равен нулю: P = 0. Это значит, что это тело не оказывает никакого действия ни на подвес, ни на опору.

Пример №1. Гиря массой 1 пуд стоит на полу. Определить вес гири.

Так как гиря покоится, ее вес будет равен модулю силы тяжести. 1 пуд = 16,38 кг. Следовательно:

P = mg = 16,38∙10 = 163,8 (Н)

Перегрузка

Перегрузка — отношение абсолютной величины линейного ускорения, вызванного негравитационными силами, к стандартному ускорению свободного падения на поверхности.

Перегрузка определяется отношением:

Перегрузка возникает, когда система, в которой находится тело, движется с ускорением.

Вес тела в движущейся равноускоренно системе

Вес тела в движущейся системе может быть больше или меньше веса того же тела в системе, которая находится в состоянии покоя:

Если система движется равноускоренно в направлении ускорения свободного падения, вес тела меньше веса тела в неподвижной системе: при a ↑↑ g —P a ↑↓ g —P > P₀.
Если система движется с равномерной скоростью (ускорение равно нулю) в любом направлении по отношению к ускорению свободного падения, вес тела равен весу тела в неподвижной системе: при a = 0 —P = P₀.