вага

вага - сила , З якої тіло діє на опору (або підвіс, або інший вид кріплення), що перешкоджає падінню, що виникає в поле сил тяжкості [1] [2] . Одиниця виміру ваги в Міжнародній системі одиниць (СІ) - ньютон , Іноді використовується одиниця СГС - Діна .

Вага P {\ displaystyle \ mathbf {P}} Вага P {\ displaystyle \ mathbf {P}} тіла, що спочиває в інерціальній системі відліку , Дорівнює силі тяжіння, що діє на тіло, і пропорційний масі m {\ displaystyle m} і прискоренню вільного падіння g {\ displaystyle \ mathbf {g}} в даній точці: тіла, що спочиває в інерціальній системі відліку , Дорівнює силі тяжіння, що діє на тіло, і пропорційний масі m {\ displaystyle m} і прискоренню вільного падіння g {\ displaystyle \ mathbf {g}} в даній точці:

P = m g {\ displaystyle \ mathbf {P} = m \ mathbf {g}} P = m g {\ displaystyle \ mathbf {P} = m \ mathbf {g}} .

Прискорення вільного падіння залежить від висоти над земною поверхнею і - з огляду на несферичності Землі , А також з огляду на її обертання - від географічних координат точки вимірювання. В результаті добового обертання Землі існує широтне зменшення ваги: ​​на екваторі вага приблизно на 0,3% менше, ніж на полюсах. Іншим фактором, що впливає на значення g {\ displaystyle \ mathbf {g}} Прискорення вільного падіння залежить від висоти над земною поверхнею і - з огляду на несферичності Землі , А також з огляду на її обертання - від географічних координат точки вимірювання і, відповідно, вага тіла, є гравітаційні аномалії , Зумовлені особливостями будови земної поверхні і надр в околицях точки вимірювання. Якщо тіло знаходиться поблизу іншої планети, а не Землі, то прискорення вільного падіння буде визначатися масою і розмірами цієї планети, поряд з відстанню між її поверхнею і тілом.

При русі системи «тіло» - «опора або підвіс» щодо інерціальної системи відліку з прискоренням w {\ displaystyle \ mathbf {w}} При русі системи «тіло» - «опора або підвіс» щодо інерціальної системи відліку з прискоренням w {\ displaystyle \ mathbf {w}} вага перестає збігатися з силою тяжіння: вага перестає збігатися з силою тяжіння:

P = m (g - w) {\ displaystyle \ mathbf {P} = m (\ mathbf {g} - \ mathbf {w})} P = m (g - w) {\ displaystyle \ mathbf {P} = m (\ mathbf {g} - \ mathbf {w})} .

Наприклад, якщо прискорення (незалежно від швидкості) ліфта направлено вгору, то вага знаходиться в ньому вантажу збільшується, а якщо вниз, то зменшується. Прискорення за рахунок обертання Землі не входить в w {\ displaystyle \ mathbf {w}} Наприклад, якщо прискорення (незалежно від швидкості) ліфта направлено вгору, то вага знаходиться в ньому вантажу збільшується, а якщо вниз, то зменшується , Воно вже враховано в g {\ displaystyle \ mathbf {g}} . Стан відсутності ваги ( невагомість ) Настає при видаленні тіла від притягає об'єкта, або коли тіло знаходиться у вільному падінні, тобто при g - w = 0 {\ displaystyle \ mathbf {g} - \ mathbf {w} = 0} .

Тіло масою m {\ displaystyle m} Тіло масою m {\ displaystyle m} , Вага якого аналізується, може стати суб'єктом додатки додаткових сил, побічно обумовлених присутністю гравітаційного поля, в тому числі сили Архімеда і тертя , Вага якого аналізується, може стати суб'єктом додатки додаткових сил, побічно обумовлених присутністю гравітаційного поля, в тому числі сили Архімеда і тертя . При цьому вплив досліджуваного тіла на опори і підвіси буде опосередковано наявністю зазначених привхідних факторів. [Прояснити]

В офіційному визначенні, наведеному в преамбулі, відсутня конкретизація, повинні враховуватися такі чинники. Чи не обумовлено також, чи обов'язково роль опори-підвісу має відігравати пружне тверде тіло і що якщо опор кілька. Крім того, в публікаціях зустрічаються і нееквівалентні дефініції ваги [3] [4] [5] . Звідси, незважаючи на ясність природи фігурують сил, виникають термінологічні невизначеності. [ Джерело не вказано 458 днів ]

Так, при обліку тільки вкладу сили тяжіння покоїться на похилій поверхні тіла приписується спрямований по нормалі до опори вага m g cos ⁡ α {\ displaystyle mg \ cos \ alpha} Так, при обліку тільки вкладу сили тяжіння покоїться на похилій поверхні тіла приписується спрямований по нормалі до опори вага m g cos ⁡ α {\ displaystyle mg \ cos \ alpha} , Де α {\ displaystyle \ alpha} - кут нахилу [4] , Де α {\ displaystyle \ alpha} - кут нахилу [4] . Але якщо врахувати ще і силу тертя спокою (а вона, по третьому закону Ньютона , Прикладена і до тіла, і до опори), то вектор ваги стане рівним m g {\ displaystyle m \ mathbf {g}} [3] . аналогічно з силою Архімеда : В рідині або газі з щільністю ρ {\ displaystyle \ rho} на тіло діє підйомна сила F A = ​​- ρ g V {\ displaystyle \ mathbf {F} _ {A} = - \ rho \ mathbf {g} V} (Де V {\ displaystyle V} - обсяг тіла), через яку, скажімо, вплив тіла на нерівне [6] дно водойми послаблюється. Трактуючи цю ситуацію, можна або заявити, що вага тіла знижується на вагу витісненого об'єму води, або вважати, що вага як і раніше становить m g {\ displaystyle m \ mathbf {g}} і є ще підлягає окремому аналізу архимедова сила. [ Джерело не вказано 458 днів ] В цілому, в літературі домінує підхід [1] [7] [ немає в джерелі ], При якому вага тіла в спокої поблизу Землі завжди прирівнюється m g {\ displaystyle m \ mathbf {g}} . Цей підхід означає, що вага тіла з точністю до знака дорівнює векторній сумі всіх сил (крім сили тяжіння), що діють на тіло, включаючи сили Архімеда ( «рідка опора» [3] ) І тертя, при обліку всіх наявних опор-підвісів спільно.

Для багатьох завдань описані невизначеності несуттєві, тому що найчастіше розглядається нерухоме тіло на сухий горизонтальній поверхні. [ Джерело не вказано 458 днів ]

Поняття «вага» у фізиці не є необхідним [8] . В принципі, можна взагалі скасувати цей термін і говорити або про «масі», або про «силі» [9] такий-то природи. Використання поняття «вага» багато в чому пов'язано просто зі звичкою [8] і мовними традиціями.

Очевидно більш змістовною величиною є сумарна сила впливу на опору, в неросійськомовних виданнях іноді іменована «удаваним вагою» ( англ. apparent weight, фр. poids apparent). Знання цієї величини, наприклад, може допомогти оцінити здатність конструкції утримати досліджуване тіло в даних умовах. У ряді випадків - скажімо, в ситуації прив'язаного на вулиці кульки, наповненого гелієм, - здається вага може виявитися направленим проти вектора g {\ displaystyle \ mathbf {g}} Очевидно більш змістовною величиною є сумарна сила впливу на опору, в неросійськомовних виданнях іноді іменована «удаваним вагою» ( англ зважаючи на вплив F A {\ displaystyle \ mathbf {F} _ {A}} .

Вага можна вимірювати за допомогою пружинних ваг , Які можуть служити і для непрямого вимірювання маси, якщо їх відповідним чином проградуювати; ваги важелів в такий градуировке не потребують, так як в цьому випадку порівнюються маси, на які діє однакове прискорення вільного падіння або сума прискорень в неінерційних системах відліку. При зважуванні за допомогою технічних пружинних ваг варіаціями прискорення вільного падіння зазвичай нехтують, так як вплив цих варіацій зазвичай менше практично необхідної точності зважування.

На результаті вимірів може в деякій мірі позначитися сила Архімеда , Якщо при зважуванні за допомогою важільних терезів порівнюються тіла з різною щільністю.

У фізиці вага і маса - різні поняття. вага - векторна величина , Сила, з якою тіло діє на горизонтальну опору або вертикальний підвіс. маса - скалярна величина , міра інертності тіла (інертна маса) або заряд гравітаційного поля (гравітаційна маса). У цих величин відрізняються і одиниці виміру (в системі СІ маса вимірюється в кілограмах , А вага - в ньютонах ). Можливі ситуації з нульовим вагою і ненульовий масою одного і того ж тіла, наприклад, в умовах невагомості у всіх тел вага дорівнює нулю, а маса у кожного тіла своя. І якщо в стані спокою тіла свідчення терезів будуть нульовими, то при ударі по вагах тел з однаковими швидкостями вплив буде різним (див. закон збереження імпульсу , закон збереження енергії ).

Разом з тим суворе розрізнення понять ваги і маси прийнято в основному в науці і техніці, а в багатьох повсякденних ситуаціях слово «вага» продовжує використовуватися, коли фактично мова йде про «масі». Наприклад, ми говоримо, що якийсь об'єкт «важить один кілограм», незважаючи на те, що кілограм є одиницю маси [10] . Крім того, термін «вага» в значенні «маса» традиційно використовується в циклі наук про людину - в словосполученні «вага тіла людини» [11] . У зв'язку з цим метрологічні організації відзначають, що неправильне використання терміну «вага» замість терміна «маса» має припинятися і в усіх тих випадках, коли мається на увазі маса, повинен використовуватися термін «маса» [12] [13] .

III Генеральна конференція з мір та ваг , Проведена в 1901 році, підкреслила, що термін «вага» позначає величину тієї ж природи, що термін «сила». Конференція визначила вагу тіла як добуток маси тіла на прискорення, обумовлене гравітаційним притяганням. Стандартний вага тіла конференцією був визначений як добуток маси тіла на стандартне прискорення, обумовлене гравітаційним притяганням. У свою чергу для стандартного прискорення було прийнято значення 980,665 см / с2 [14] .

  1. ↑ 1 2 Рудой Ю. Г. вага // фізична енциклопедія : [В 5 т.] / Гол. ред. А. М. Прохоров . - М.: Радянська енциклопедія, 1988. - Т. 1: Ааронового - Бома ефект - Довгі лінії. - С. 262. - 707 с. - 100 000 прим.
  2. ↑ Сивухин Д. В. Загальний курс фізики. - М.: Фізматліт; Вид-во МФТІ, 2005. - Т. I. Механіка. - С. 373. - 560 с. - ISBN 5-9221-0225-7 .
  3. ↑ 1 2 3 І. Е. Каган «Вага тіла» (IX клас) // Фізiка: праблєми викладання. - 2001. - № 3. - С. 58-74.
  4. ↑ 1 2 С. В. Задорожна "Вага тіла" // Сайт педаг. повідом. «Урок.рф» (2016).
  5. ↑ У багатьох іншомовних публікаціях вага (див., Наприклад, початок німецької версії статті ) Синонимизируются з силою тяжіння, що в російській педагогіці вважається помилкою.
  6. ↑ Нерівність потрібна для підтікання води під опору, см. Л. Г. Асламазов: Гідростатика // Квант. - 1972. - № 12. (стор. 57, рис. 9ав).
  7. ↑ Allen L. King (1963). "Weight and weightlessness". American Journal of Physics. 30: 387. Bibcode : 1962AmJPh..30..387K . DOI : 10.1119 / 1.1942032 .
  8. ↑ 1 2 "В. Г. Зубов" Механіка. М .: Наука, 1978. - 352 с. // см. параграф 71, стор. 176 : «У механіці поняття ваги є абсолютно зайвим. Але так як це слово просте, звичне, то їм часто користуються ».
  9. ↑ The National Standard of Canada, CAN / CSA-Z234.1-89 Canadian Metric Practice Guide, January 1989: * 5.7.3 Considerable confusion exists in the use of the term "weight." <...> In scientific and technical work, the term "weight" should be replaced by the term "mass" or "force," depending on the application.
  10. ↑ Раніше в техніці широко використовувалася одиниця сили кілограм-сила - одна з основних одиниць системи МКГСС .
  11. ↑ Медична енциклопедія на Академіку
  12. ↑ ISO 80000-4: 2006, Quantities and units - Part 4: Mechanics.
  13. ↑ SI Units: Mass (Англ.). Weights and Measures. NIST . Дата обігу 7 грудня 2016.
  14. ↑ Declaration on the unit of mass and on the definition of weight; conventional value of g (Англ.). Resolution of the 3rd CGPM (1901). BIPM. Дата обігу 1 листопада 2015.

Відеоурок: вага тіла