În știința modernă, greutatea și masa sunt concepte diferite. Greutatea este forța cu care un corp acționează asupra unui suport orizontal sau a unei suspensii verticale. Masa este o măsură a inerției corporale.
Greutate măsurată în kilograme și greutate în newtonuri. Greutatea este produsul masei și accelerației gravitaționale (P \u003d mg). Valoarea greutății (cu o masă corporală constantă) este proporțională cu accelerația gravitației, care depinde de înălțimea de deasupra suprafeței pământului (sau a altei planete). Și dacă, mai precis, greutatea este o definiție particulară a celei de-a doua legi a lui Newton - forța este egală cu produsul masei și accelerației (F \u003d ma). Prin urmare, este calculat în Newton, ca toate forțele.
Greutate - lucrul este constant și greutate, strict vorbind, depinde, de exemplu, de înălțimea la care se află corpul. Se știe că, odată cu creșterea altitudinii, accelerația gravitației scade și, în consecință, greutatea corpului scade și ea, în aceleași condiții de măsurare. Masa sa rămâne constantă.
De exemplu, în condiții de lipsă de greutate, toate corpurile au greutate zero și fiecare corp are propria sa masă. Și dacă în repausul corpului citirile greutăților sunt zero, atunci când greutățile corpului sunt lovite cu aceleași viteze, efectul va fi diferit.
Interesant este că, ca urmare a rotirii diurne a Pământului, există o scădere latitudinală a greutății: la ecuator este cu aproximativ 0,3% mai puțin decât la poli.
Cu toate acestea, o distincție strictă între noțiunile de greutate și masă este adoptată în principal în fizicăiar în multe situații de zi cu zi, cuvântul „greutate” continuă să fie folosit atunci când de fapt este vorba despre „masă”. Apropo, văzând inscripțiile de pe produs: „greutatea netă” și „greutatea brută” nu sunt alarmate, NET este greutatea netă a produsului, iar GROSS este greutatea cu ambalajul.
Strict vorbind, când mergeți pe piață, apelând la vânzător, ar trebui să spuneți: „Vă rugăm să cântăriți un kilogram ...” sau „Dă-mi 2 tone de cârnați de medic”. Desigur, termenul „greutate” a luat deja rădăcină, ca sinonim pentru termenul „masă”, dar acest lucru nu elimină necesitatea de a înțelege că nu este deloc la fel.
Javascript este dezactivat în browserul dvs.Pentru a face calcule, trebuie să activați controale ActiveX!
Există o diferență între greutatea m g → și greutatea corporală. Conceptul de greutate este utilizat pe scară largă în viața de zi cu zi.
Definiția 1
Este forța cu care corpul este atras de Pământ și acționează asupra suportului sau suspensiei și este nemișcată și relativă la sprijin sau suspensie.
Figura 1. unsprezece. 1 prezintă un corp staționar.
Definiția 2
Cadrul de referință asociat Pământului se numește inerțială.
Corpul este expus forței de greutate F → \u003d m g → direcționată vertical în jos, iar forța elastică F → y \u003d N → care acționează asupra lui.
Definiția 3Forța N → se numește forța presiunii normale sau forta de reactie de sprijin.
Forțele care acționează asupra corpului se echilibrează întotdeauna în conformitate cu formula F t → \u003d - F → y \u003d - N →. Conform celei de-a treia legi a lui Newton, considerăm că un corp supus acțiunii forței P → asupra suportului este egal ca mărime cu forța de reacție a sprijinului direcționat în direcția opusă, apoi P → \u003d - N →.
Se poate vedea din definiția că P → se numește greutatea corporală. Conform relațiilor P → \u003d F t → \u003d m g → este egal cu forța gravitației. Mai mult, forțele sunt aplicate diferitelor corpuri.
Poza 1. unsprezece. 1. Greutatea corporală și gravitația. m g → - gravitație, N → - forța de reacție de susținere, P → - forța presiunii corpului asupra suportului (greutatea corporală). m g → \u003d - N → \u003d P →.
Când corpul se află într-o stare suspendată nemișcată pe un arc, atunci rolul forței de reacție de sprijin este atribuit forței elastice a arcului. La întinderea acestuia, se determină greutatea corpului și forța atracției sale de către Pământ. Pentru aceasta, se utilizează un echilibru de grindă, comparând greutatea unui corp dat cu greutatea greutăților pe o pârghie cu braț egal. Atunci când se află în echilibru, este posibilă realizarea egalității masei corporale cu masa totală a greutăților. Valoarea accelerației datorată gravitației nu depinde de aceasta.
Exemplul 1
Dacă cântarul de primăvară este ridicat pe deal cu 1 km, citirile lor se vor schimba cu 0, 0003 din valoarea inițială. Dar starea de echilibru rămâne. Echilibrul levierului este considerat un dispozitiv pentru determinarea greutății corporale prin comparație cu masa greutăților, adică a standardelor.
Dacă corpul este pe un suport sau este suspendat pe un arc care se deplasează cu o accelerație a → în raport cu Pământul. Un astfel de cadru de referință nu este considerat inerțial. Corpul este expus forței de greutate m g → și forței de reacție a suportului N →. Diferența dintre masă și greutate este că în acest caz nu se echilibrează reciproc.
Pe baza celei de-a doua legi a lui Newton m g → + N → \u003d m a → sau N → \u003d m (a → - g →).
Forța P → care acționează asupra sprijinului din partea corpului se numește greutatea corpului și, pe baza celei de-a treia legi a lui Newton, este egală cu - N →. Apoi, într-un lift accelerat uniform, este egal
P → \u003d m (g → - a →).
Există un vector de accelerație a → direcționat vertical în jos sau în sus. La determinarea axei O y vertical în jos, ecuația vectorială pentru P → primește o notație scalară
Formula arată că P, g și a sunt considerate proiecții ale vectorilor P →, g → și a → pe axa O Y. Direcția verticală a axei indică faptul că g \u003d c o n s t\u003e 0, iar P și a ia valori pozitive și negative. Poza 1. unsprezece. 2 arată direcția descendentă a vectorului de accelerație a → pentru a\u003e 0.
Poza 1. unsprezece. 2. Greutatea corporală într-un elevator cu mișcare rapidă. Vectorul de accelerație a → este direcționat vertical în jos. 1) a< g , P < m g ; 2) a = g , P = 0 (невесомость ); 3) a\u003e g, P< 0 .
Formula P \u003d m (g - a) indică prezența unei acțiuni mai mici a greutății corpului P, în contrast cu forța gravitației cu< g . Когда a > g, greutatea corpului este inversată. Aceasta indică faptul că corpul nu este apăsat pe podea, ci pe tavanul mașinii liftului. Când corpul cade, îndeplinește condițiile a \u003d g, apoi P \u003d 0. Această stare se numește greutate. Aspectul său este posibil în cabina unei nave spațiale în timp ce vă deplasați pe orbită cu motoarele cu jet oprite.
Figura 1. unsprezece. 3 arată direcția vectorului de accelerație vertical în sus, de unde urmează a< 0 . Очевидно, что вес тела превышает силу тяжести по модулю.
Definiția 4Este o creștere a greutății corporale cauzată de mișcarea accelerată a suportului sau suspensiei.
Efectul supraîncărcării a fost resimțit de cosmonauți în timpul decolării, în timp ce intră în straturile dense ale atmosferei. De asemenea, acest fenomen este tipic pentru piloții care efectuează aerobatică.
Poza 1. unsprezece. 3. Greutatea corporală într-un elevator cu mișcare rapidă. Vectorul de accelerație a → este direcționat vertical în sus. Greutatea corporală este aproximativ de două ori mai mare decât forța gravitației (suprasarcină de două ori).
Poza 1. unsprezece. 4. Model de bărbat într-un lift.
Dacă observați o eroare în text, selectați-l și apăsați Ctrl + Enter
Foarte multe greșeli și rezervele accidentale ale elevilor sunt asociate cu puterea greutății. Însăși sintagma „forța greutății” nu este foarte cunoscută, deoarece noi (profesori, autori de manuale și cărți cu probleme, ajutoare didactice și cărți de referință) suntem mai obișnuiți să spunem și să scriem „greutatea corporală”. Astfel, însăși fraza ne îndepărtează de conceptul potrivit căruia greutatea este forță și duce la faptul că greutatea corporală este confundată cu greutatea corporală (în magazin auzim adesea când ni se cere să cântărească câteva kilograme de produs). O a doua greșeală comună a studenților este aceea de a confunda greutatea cu gravitația. Să încercăm să ne dăm seama de puterea greutății la nivelul manualului școlar.
Mai întâi, să analizăm literatura de referință și să încercăm să înțelegem punctul de vedere al autorilor cu privire la această problemă. Yavorskiy B.M., Detlaf A.A. (1) în manualul pentru ingineri și studenți, greutatea corporală se referă la forța cu care acest corp acționează datorită gravitației la Pământ pe un suport (sau suspensie) care împiedică corpul să cadă liber. Dacă corpul și sprijinul sunt nemișcate în raport cu Pământul, atunci greutatea corpului este egală cu gravitația sa. Să punem câteva întrebări naționale de definiție:
1. Despre ce fel de sistem de raportare vorbim?
2. Există un singur suport (sau suspensie) sau mai multe (suporturi și suspensii)?
3. Dacă corpul gravitează nu spre Pământ, ci, de exemplu, spre Soare, va avea greutate?
4. Dacă un corp dintr-o navă spațială care se deplasează cu accelerație „aproape” gravitează la nimic în spațiul previzibil, va avea greutate?
5. Cum este poziționată suportul în raport cu orizontul, suspendarea este verticală în cazul egalității de greutate și greutate corporală?
6. Dacă corpul se mișcă uniform și rectiliniu împreună cu sprijinul față de Pământ, atunci greutatea corpului este egală cu gravitația sa?
În manualul de referință despre fizică pentru cei care intră în universități și autoeducare Yavorsky B.M. și Selezneva Yu.A. (2) oferă o explicație cu privire la ultima întrebare naivă, fără a o lua în considerare pe prima.
N. I. Koshkin și Șirkevici M.G. (3) se propune să se considere greutatea corporală ca o cantitate fizică vectorială, care poate fi găsită după formula:
Exemplele de mai jos vor arăta că această formulă funcționează în cazurile în care nu există alte forțe care acționează asupra corpului.
Kuhling H. (4) nu introduce conceptul de greutate ca atare, identificându-l practic cu forța gravitației, în desene, forța greutății este aplicată corpului și nu suportului.
În popularul „Tutor de fizică” de IL Kasatkina. (5) Greutatea corporală este definită ca forța cu care un corp acționează asupra unui suport sau a unei suspensii din cauza atracției sale către planetă. În următoarele explicații și exemple date de autor, se răspund doar la cele 3 și 6 dintre întrebările naive.
În majoritatea manualelor de fizică, definițiile greutății sunt date într-un fel sau altul, similare cu definițiile autorilor (1), (2), (5). Atunci când studiați fizică în clasele a VII-a și a IX-a, pot fi justificate. În 10 clase specializate cu o astfel de definiție, atunci când se rezolvă o întreagă clasă de probleme, nu se poate evita diverse tipuri de întrebări naive (în general, nu este absolut necesar să se străduiască să evite orice întrebare).
Autori Kamenetskiy S.E., Orekhov V.P. în (6) distingerea și explicarea conceptelor de gravitație și greutate corporală, ei scriu că greutatea corporală este o forță care acționează asupra unui suport sau suspensie. Și asta e tot. Nu trebuie să citiți nimic între linii. Adevărat, vreau să întreb totuși câte suporturi și suspensii și corpul poate avea atât susținere cât și suspensie simultan?
Și, în final, să analizăm definiția greutății corporale dată de V.A.Kasyanov. (7) într-un manual de fizică din clasa a X-a: "greutatea corporală este forța elastică totală a unui corp, care acționează în prezența gravitației pe toate conexiunile (suporturi, suspensii)." Dacă, în același timp, amintiți-vă că forța gravitației este egală cu cea rezultată din două forțe: forța atracției gravitaționale către planetă și forța centrifugă a inerției, cu condiția ca această planetă să se rotească în jurul axei sale, sau o altă forță de inerție asociată cu mișcarea accelerată a acestei planete, atunci s-ar putea fi de acord cu această definiție. Întrucât în \u200b\u200bacest caz, nimeni nu ne deranjează să ne imaginăm o situație în care una dintre componentele forței de gravitație va fi neglijabilă, de exemplu, cazul unei nave spațiale în spațiul îndepărtat. Și chiar și cu aceste rezerve, acesta este tentant să înlăture din definiție prezența obligatorie a gravitației, deoarece situațiile sunt posibile atunci când există alte forțe inerțiale care nu sunt asociate cu mișcarea planetei sau cu forțele Coulomb de interacțiune cu alte corpuri, de exemplu. Sau, putem fi de acord cu introducerea unor gravitații „echivalente” în sistemele de raportare non-inerțiale și să oferim o definiție a forței de greutate pentru cazul în care nu există interacțiune a corpului cu alte corpuri, cu excepția corpului care creează atracție gravitațională, suporturi și suspensii.
Și totuși, să decidem când greutatea corpului este egală cu forța gravitației în sistemele de raportare inerțială?
Să presupunem că avem un singur suport sau o singură suspensie. Este suficient ca suportul sau suspensia să fie nemișcate în raport cu Pământul (Pământul este considerat un sistem de raportare inerțial) sau se deplasează uniform și rectiliniu? Luați un suport fix situat într-un unghi față de orizont. Dacă suportul este neted, atunci corpul alunecă de-a lungul unui plan înclinat, adică. nu se sprijină pe un suport și nu este în cădere liberă. Și dacă suportul este dur atât de mult încât corpul este în repaus, atunci fie planul înclinat nu este un sprijin, fie greutatea corpului nu este egală cu forța gravitației (puteți, desigur, merge mai departe și puneți întrebarea că greutatea corpului nu este egală în mărime și nu este opusă în direcție sprijină forța de reacție și atunci nu va mai fi nimic despre care să vorbim). Dacă considerăm planul înclinat ca suport, iar propoziția dintre paranteze este o ironie, atunci rezolvând ecuația pentru a doua lege a lui Newton, care pentru acest caz va fi și condiția echilibrului unui corp pe un plan înclinat, scrisă în proiecții pe axa Y, obținem o expresie pentru altă greutate decât gravitația:
Deci, în acest caz, nu este suficient să afirmăm că greutatea corpului este egală cu forța gravitației atunci când corpul și sprijinul sunt nemișcate în raport cu Pământul.
Să dăm un exemplu cu o suspensie care este nemișcată în raport cu Pământul și cu un corp de pe ea. O bilă metalică încărcată pozitiv pe un filament este plasată într-un câmp electric uniform, astfel încât filamentul să facă un anumit unghi cu verticala. Să găsim greutatea mingii, cu condiția ca suma vectorială a tuturor forțelor să fie zero pentru un corp în repaus.
După cum puteți vedea, în cazurile de mai sus, greutatea corpului nu este egală cu forța gravitației atunci când este îndeplinită condiția de imobilitate a sprijinului, suspensiei și corpului în raport cu Pământul. Caracteristicile specifice ale cazurilor de mai sus sunt existența unei forțe de frecare și, respectiv, a unei forțe Coulomb, a căror prezență duce de fapt la faptul că corpurile sunt ferite de mișcare. Pentru suspensie verticală și susținere orizontală, nu sunt necesare forțe suplimentare pentru a împiedica mișcarea corpului. Astfel, la condiția de imobilitate a suportului, suspensiei și corpului în raport cu Pământul, am putea adăuga că suportul este orizontal, iar suspensia este verticală.
Dar această completare ne-ar rezolva întrebarea? Într-adevăr, în sistemele cu suspensie verticală și suport orizontal, forțele pot acționa care reduc sau cresc greutatea corporală. Acestea pot fi forța lui Arhimede, de exemplu, sau forța Coulombului, direcționată vertical. Pentru a rezuma pentru un singur sprijin sau o singură suspensie: greutatea corpului este egală cu forța gravitației atunci când corpul și suportul (sau suspensia) sunt în repaus (sau se mișcă uniform și rectiliniu) în raport cu Pământul și doar forța de reacție a suportului (sau forța elastică a suspensiei) și forța acționează asupra corpului. severitate. Absența altor forțe, la rândul său, sugerează că suportul este orizontal, suspensia este verticală.
Să luăm în considerare cazurile în care un corp cu mai multe suporturi sau (și) suspensii este în repaus (sau se mișcă uniform și rectiliniu cu acestea în raport cu Pământul) și nu există alte forțe care să acționeze asupra lui, cu excepția forțelor de reacție ale suportului, forțelor elastice ale suspensiilor și atracției către Pământ. Folosind definiția puterii greutății lui V.A. (7), găsim forța totală de elasticitate a legăturilor corpului în primul și al doilea caz prezentate în figuri. Suma geometrică a forțelor elastice ale legăturilor F, egal în modul cu greutatea corpului, pe baza condiției de echilibru, este într-adevăr egal cu forța gravitației și opus acesteia în direcție, iar unghiurile de înclinare a planurilor spre orizont și unghiurile de deviere ale suspensiilor de la verticală nu afectează rezultatul final.
Să luăm în considerare un exemplu (figura de mai jos), când într-un sistem care este nemișcat în raport cu Pământul, corpul are un suport și o suspensie și nu există alte forțe în sistem, cu excepția forțelor de elasticitate a legăturilor. Rezultatul este același ca mai sus. Greutatea corporală este egală cu gravitația.
Deci, dacă corpul se află pe mai multe suporturi și (sau) suspensii și se sprijină cu ele (sau se mișcă uniform și rectiliniu) în raport cu Pământul, în absența altor forțe, cu excepția forței gravitației și a forțelor elastice ale legăturilor, greutatea sa este egală cu forța gravitației. În același timp, locația suporturilor și suspensiilor în spațiu și numărul acestora nu afectează rezultatul final.
Să luăm în considerare exemple de găsire a greutății corporale în sistemele de raportare non-inerțiale.
Exemplul 1. Găsiți greutatea unui corp de masă m care se mișcă într-o navă spațială cu accelerație și în spațiul „gol” (până departe de alte corpuri masive încât gravitatea lor poate fi neglijată).
În acest caz, două forțe acționează asupra corpului: forța inerțială și forța de reacție de susținere. Dacă accelerația în modul este egală cu accelerația gravitației pe Pământ, atunci greutatea corpului va fi egală cu forța gravitației pe Pământ, iar nasul navei spațiale va fi perceput de astronauți ca un plafon, iar coada ca un podea.
Gravitatea artificială creată în acest fel pentru astronauții din interiorul navei spațiale nu va diferi în niciun fel de cea „pământească” reală.
În acest exemplu, datorită mărimii sale, neglijăm componenta gravitațională a forței gravitaționale. Atunci forța inerțială pe nava spațială va fi egală cu forța gravitației. Având în vedere acest lucru, putem conveni că cauza greutății corporale în acest caz este gravitația.
Hai să ne întoarcem pe Pământ.
Exemplul 2.
Pământ cu accelerație și se deplasează un cărucior, pe care corpul este fixat pe un fir de masă m, deviat de un unghi de la verticală. Găsiți greutatea corporală, neglijați rezistența la aer.
Problema cu o suspensie, prin urmare, greutatea este egală în modul cu forța elastică a firului.
Astfel, puteți utiliza orice formulă pentru a calcula forța elastică și, prin urmare, greutatea corporală (dacă forța de rezistență a aerului este suficient de mare, atunci va trebui să fie luată în considerare ca termen la forța inerțială).
Să lucrăm cu formula
Prin urmare, introducând gravitația „echivalentă”, putem afirma că, în acest caz, greutatea corpului este egală cu gravitația „echivalentă”. Și în final putem oferi trei formule pentru calcularea acesteia:
Exemplul 3.
Găsiți greutatea unui șofer de mașină de curse de masă m în mișcare cu accelerație șimașină.
La accelerații mari, forța de reacție a suportului spătarului scaunului devine semnificativă și vom lua în considerare în acest exemplu. Forța totală de elasticitate a legăturilor va fi egală cu suma geometrică a ambelor forțe de reacție ale suportului, care, la rândul său, este egală ca mărime și opusă în direcție cu suma vectorială a forțelor de inerție și gravitație. Pentru această sarcină, găsim modulul forței de greutate după formulele:
Accelerarea efectivă a gravitației se găsește ca în problema anterioară.
Exemplul 4.
O bilă pe un fir de masă m este fixată pe o platformă care se rotește cu o viteză unghiulară constantă ω la distanța r de centrul acesteia. Găsiți greutatea mingii.
Găsirea greutății corporale în sistemele de raportare non-inerțiale din exemplele date arată cât de bine funcționează formula pentru greutatea corporală propusă de autorii din (3) Să complicăm puțin situația din exemplul 4. Să presupunem că mingea este încărcată electric, iar platforma, împreună cu întregul conținut, se află într-un câmp electric vertical vertical. Care este greutatea mingii? În funcție de direcția forței Coulomb, greutatea corporală va scădea sau va crește:
S-a întâmplat așa că chestiunea despre greutate s-a redus în mod natural până la problema gravitației. Dacă definim forța gravitației ca fiind rezultatul forțelor atracției gravitaționale către planetă (sau către orice alt obiect masiv) și inerție, ținând cont de principiul echivalenței, lăsând în ceață originea forței inerției în sine, atunci ambele componente ale forței gravitației, sau una dintre ele, cel puțin determina greutatea corporala. Dacă în sistem, împreună cu forța atracției gravitaționale, forța de inerție și forțele de elasticitate ale legăturilor, există alte interacțiuni, atunci acestea pot crește sau scădea greutatea corpului, duc la o stare când greutatea corpului devine egală cu zero. Și aceste alte interacțiuni pot provoca creștere în greutate în unele cazuri. Să încărcăm o bilă pe un fir subțire care nu conduce, într-o navă spațială care se mișcă uniform și rectiliniu într-un spațiu „gol” îndepărtat (vom neglija forțele gravitației din cauza micii lor). Punem mingea într-un câmp electric, firul se va întinde și va apărea greutatea.
Rezumând ceea ce s-a spus, concluzionăm că greutatea corpului este egală cu forța gravitației (sau echivalentă cu forța gravitației) în orice sistem în care nu există alte forțe care acționează asupra corpului, cu excepția forțelor forțelor gravitaționale, inerției și elasticității legăturilor. Gravitatea sau gravitatea „echivalentă” este cea mai frecventă cauză de greutate. Forța greutății și forța gravitației au o natură diferită și sunt aplicate corpurilor diferite.
Lista de referinte.
1. Yavorsky B.M., Detlaf A.A. Manual de fizică pentru ingineri și studenți universitari, M., Nauka, 1974, 944p.
2. Yavorskiy BM, Selezneva Yu.A. Ghid de referință fizică pentru
intrarea în universități și autoeducare., M., Science, 1984, 383s.
3. Koshkin N.I., Șirkevich M.G. Manual de fizică elementară., M., Nauka, 1980, 208s.
4. Kuhling H. Manual de fizică., M., Mir, 1983, 520s.
5. Kasatkina I.L. Îndrumător de fizică. Teorie. Mecanică. Fizica moleculară. Termodinamicii. Electromagnetism. Rostov-on-Don, Phoenix, 2003, anii 608.
6. Kamenetsky S.Ye., Orekhov V.P. Metodologie pentru rezolvarea problemelor în fizică în liceu., M., Education, 1987, 336s.
7. Kasyanov V.A. Fizică. Clasa 10., M., Bustard, 2002, 416s.
În viața obișnuită, greutatea este considerată sinonimă cu masa. Dar în fizică, greutatea și masa sunt lucruri diferite.
Greutatea corporală (indicată prin R) este forța cu care corpul acționează asupra unui suport sau suspensie din cauza atracției către Pământ.
Astronauții cu gravitație zero au masă, dar nu au greutate. Fiecare persoană ajunge
lipsa de greutate, dacă ridică ambele picioare de pe sol în timp ce aleargă.
Dacă corpul este în repaus sau se mișcă uniform, greutatea lui este calculată după formula:
Coeficient g diferă în diferite părți ale Pământului și pe alte planete. Există un bărbat în Minsk
va cântări mai puțin decât la Moscova. Coeficient g pentru diferite locații:
În repaus și mișcare uniformă, modulele (valoarea numerică) a greutății corporale și a gravitației
sunt egale. Dar dacă corpul accelerează, încetinește sau se mișcă într-o curbă, acestea sunt diferite.
Când ascensorul accelerează și coboară, corpul pune mai puțin presiune pe podea și greutatea scade și când
se ridică, susține presiunea și crește greutatea. Poate fi resimțit chiar și de senzații:
la ridicare, corpul pare să fie presat pe podea. Schimbarea în greutate poate fi confirmată și
experimental, dacă mergi într-un lift în timp ce stai pe cântar.
O modificare a greutății cauzată de o modificare a vitezei este o suprasarcină.
Pe un carusel sau într-o mașină cu viteză, suprasarcina împinge corpul pe scaun.
Piloții experimentează supraîncărcări extraordinare: atunci când efectuează aerobate, greutatea lor (a
prin urmare, greutatea tuturor organelor, oaselor, sângelui) crește de 10-20 de ori. Forța musculară nu este
crește. Mușchiul cardiac al unei persoane obișnuite nu poate trece printr-o atitudine atât de grea
sânge la cap, astfel încât la forțele G ridicate își pierde cunoștința. Prin urmare, piloți
antrenat să reziste de 10 ori greutatea pe o centrifugă - aceasta este, de fapt, o rotire rapidă
carusel.
1. Care este diferența dintre greutatea corporală și greutatea corporală?
2. Greutatea corpului poate fi zero?
3. Cum să găsești greutatea unui corp în repaus?
4. Ce este suprasarcina?
5. Va diferi greutatea unui corp de pe Lună de greutatea aceluiași corp de pe Pământ?
6. Cum va diferi greutatea dvs. în capitala Republicii Belarus de greutatea dvs. în capitala SUA?
În lecțiile anterioare, am sortat care este forța gravitației universale și cazul special al acesteia - forța gravitației, care acționează asupra corpurilor de pe Pământ.
Gravitatea este o forță care acționează asupra oricărui corp material situat lângă suprafața Pământului sau a altui corp astronomic. Forța gravitației joacă un rol critic în viața noastră, întrucât tot ceea ce este în jurul nostru este afectat de ea. Astăzi vom analiza o altă forță care este asociată cel mai adesea cu forța gravitației. Această forță este greutatea corpului. Subiectul lecției de astăzi: „Greutatea corporală. imponderabilitate“
Sub acțiunea forței elastice, care se aplică pe marginea superioară a corpului, acest corp, la rândul său, este și el deformat, iar o altă forță elastică apare datorită deformării corpului. Această forță se aplică pe marginea inferioară a arcului. În plus, este egal în modul cu forța arcului și este orientat în jos. Această forță de elasticitate a corpului este cea care o vom numi greutate, adică greutatea corpului este aplicată pe arc și este orientată în jos.
După ce oscilațiile corpului pe arc sunt amortizate, sistemul va ajunge la o stare de echilibru, în care suma forțelor care acționează asupra corpului va fi egală cu zero. Aceasta înseamnă că forța gravitației este egală ca mărime și opusă în direcția forței elastice a arcului (Fig. 2). Acesta din urmă este egal în modul și opus în direcție cu greutatea corpului, așa cum am aflat deja. Aceasta înseamnă că forța gravitației este egală în valoare absolută cu greutatea corpului. Acest raport nu este universal, dar în exemplul nostru este adevărat.
Figura: 2. Greutate și gravitație ()
Formula de mai sus nu înseamnă că gravitația și greutatea sunt același lucru. Aceste două forțe sunt de natură diferită. Greutatea este forța de elasticitate aplicată suspensiei din partea corpului, iar forța gravitației este forța aplicată corpului din partea pământului.
Figura: 3. Greutatea și gravitatea corpului pe suspensie și pe suport ()
Să aflăm câteva caracteristici ale greutății. Greutatea este forța cu care corpul apasă pe suport sau întinde suspensia, rezultă de aici că dacă corpul nu este suspendat sau fixat pe suport, atunci greutatea sa este zero. Această constatare pare să contrazică experiența noastră de zi cu zi. Cu toate acestea, are exemple fizice destul de corecte.
Dacă arcul cu corpul suspendat de la acesta este eliberat și este lăsat să cadă liber, indicatorul dinamometrului va indica zero (Fig. 4). Motivul pentru aceasta este simplu: sarcina și dinamometrul se mișcă cu aceeași accelerație (g) și aceeași viteză inițială zero (V 0). Capătul inferior al arcului se mișcă sincron cu sarcina, în timp ce arcul nu este deformat și nu apare nicio forță elastică în arc. În consecință, nu există o forță contra-elastică, care este greutatea corpului, adică corpul nu are greutate sau este lipsit de greutate.
Figura: 4. Căderea liberă a unui arc cu un corp suspendat de la acesta ()
Starea de greutate apare datorită faptului că, în condiții terestre, forța gravitației dă aceeași accelerație tuturor corpurilor, așa-numita accelerație a gravitației. De exemplu, putem spune că sarcina și dinamometrul se mișcă cu aceeași accelerație. Dacă numai forța gravitației sau doar forța gravitației universale acționează asupra unui corp, atunci acest corp se află într-o stare de lipsă de greutate. Este important să înțelegem că, în acest caz, doar greutatea corpului dispare, dar nu și forța gravitației care acționează asupra acestui corp.
Starea de lipsă de greutate nu este exotică, de multe ori mulți dintre voi au experimentat-o \u200b\u200b- orice persoană care sări sau sări de la orice înălțime se află într-o stare de lipsă de greutate până la momentul aterizării.
Să luăm în considerare cazul când un dinamometru și un corp atașat la izvorul său se mișcă în jos cu o oarecare accelerație, dar nu cădere liberă. Citirile dinamometrului vor scădea în comparație cu citirile cu o sarcină staționară și arc, ceea ce înseamnă că greutatea corporală a devenit mai mică decât era în repaus. Care este motivul acestei scăderi? Să dăm o explicație matematică bazată pe a doua lege a lui Newton.
Figura: 5. Explicația matematică a greutății corporale ()
Două forțe acționează asupra corpului: forța descendentă a gravitației și forța ascendentă a arcului. Aceste două forțe conferă accelerație organismului. iar ecuația mișcării va fi:
Să alegem axa y (Fig. 5), deoarece toate forțele sunt direcționate vertical, avem nevoie de o singură axă. În urma proiecției și transferului termenilor obținem - modulul forței elastice va fi egal cu:
ma \u003d mg - control F
F control \u003d mg - ma,
unde pe partea stângă și dreapta a ecuației sunt proiecțiile forțelor indicate în a doua lege a lui Newton pe axa y. Conform definiției, modulul greutății corporale este egal cu forța elastică a arcului și, înlocuind valoarea acestuia, obținem:
P \u003d control F \u003d mg - ma \u003d m (g - a)
Greutatea corporală este egală cu produsul greutății corporale prin diferența de accelerație. Din formula obținută, se poate observa că dacă modulul de accelerare a corpului este mai mic decât modulul de accelerare a căderii libere, atunci greutatea corpului este mai mică decât forța gravitației, adică greutatea corpului care se mișcă cu o viteză accelerată este mai mică decât greutatea corpului în repaus.
Luați în considerare cazul când un corp cu o greutate se mișcă în sus, cu o viteză accelerată (Fig. 6).
Săgeata dinamometrului va arăta valoarea greutății corporale mai mare decât greutatea în repaus.
Figura: 6. Corpul cu o greutate se deplasează în sus ()
Corpul se mișcă în sus, iar accelerația sa este direcționată acolo, prin urmare, trebuie să schimbăm semnul proiecției accelerației pe axa y.
Formula arată că acum greutatea corpului este mai mare decât forța gravitației, adică mai mult decât greutatea corpului în repaus.
Creșterea greutății corporale cauzată de mișcarea sa accelerată se numește suprasarcină..
Acest lucru este valabil nu numai pentru un corp suspendat dintr-un arc, ci și pentru un corp sprijinit pe un suport.
Să luăm în considerare un exemplu în care corpul se schimbă în timpul mișcării sale accelerate (Fig. 7).
Mașina se deplasează de-a lungul podului cu o cale convexă, adică de-a lungul unei căi curbate. Să considerăm forma podului ca un arc circular. Știm din cinemică că mașina se mișcă cu accelerație centripetă, a cărei amploare este egală cu pătratul vitezei împărțit la raza de curbură a podului. În momentul în care se află în punctul său cel mai înalt, această accelerație va fi direcționată vertical în jos. Conform celei de-a doua legi a lui Newton, această accelerație este oferită mașinii de forța de gravitație rezultată și de forța de reacție a suportului.
Să alegem axa y, direcționată vertical în sus și să scriem această ecuație în proiecție pe axa selectată, substituim valorile și efectuăm transformări:
Figura: 7. Cel mai înalt punct al vehiculului ()
Greutatea mașinii, conform celei de-a treia legi a lui Newton, este egală ca mărime cu forța de reacție a suportului (), în timp ce vedem că greutatea mașinii este mai mică ca mărime decât forța gravitației, adică mai mică decât greutatea unei mașini staționare.
Racheta, atunci când este lansată de pe Pământ, se deplasează vertical în sus cu o accelerație a \u003d 20 m / s 2. Care este greutatea unui astronaut în cabina rachetei dacă masa sa este m \u003d 80 kg?
Este destul de evident că accelerația rachetei este îndreptată în sus și pentru soluție trebuie să folosim formula de greutate corporală pentru cazul cu suprasarcină (Fig. 8).
Figura: 8. Ilustrație pentru problemă
Trebuie menționat că dacă un corp nemișcat în raport cu Pământul are o greutate de 2400 N, atunci masa sa este de 240 kg, adică cosmonautul se simte de trei ori mai masiv decât este cu adevărat.
Am analizat conceptul de greutate corporală, am aflat proprietățile de bază ale acestei cantități și am obținut formule care ne permit să calculăm greutatea unui corp care se mișcă cu accelerație.
Dacă corpul se mișcă vertical în jos, în timp ce modulul accelerației sale este mai mic decât accelerația gravitațională, atunci greutatea corporală scade în comparație cu greutatea corpului staționar.
Dacă corpul se mișcă cu accelerație vertical în sus, atunci greutatea lui crește și corpul experimentează o suprasarcină.
Lista de referinte
- Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizică (nivel de bază) - M .: Mnemosina, 2012.
- Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Gradul de fizică 10. - M .: Mnemosina, 2014.
- Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizică - 9, Moscova, Educație, 1990.
Teme pentru acasă
- Dă o definiție a greutății corporale.
- Care este diferența dintre greutatea corporală și gravitația?
- Când apare lipsa de greutate?
- Portalul Internet Physics.kgsu.ru ().
- Festival.1september.ru portal de internet ().
- Portalul de internet Terver.ru ().
Se încarcă ...