Согласно третьему закону Ньютона, вес тела и реакция опоры имеют противоположные направления и равны по модулю. Таким образом, определение силы реакции опоры автоматически дает вес тела.
Единицы измерения веса
Вес тела ($\overline$) — это сила, которую тело оказывает на опору или подвеску из-за своего притяжения к земле.
Поэтому, как и для любой силы, Ньютон является единицей измерения веса.
Второй закон классической динамики Ньютона можно считать фундаментальным законом классической динамики. Его математическое выражение включает две величины, которые не могут быть выражены только кинематическими параметрами. Этими величинами являются сила ($\overline$) и масса ($m$). Эти величины одинаково важны. Каждый из них можно считать фундаментальным. Выбирая единицу для одного из них, мы получаем единицу для другого, применяя фундаментальный закон динамики метафорического движения. Таким образом, мы получаем две разные системы единиц, где в одной (метрической) системе основными единицами являются единицы массы, а единицы силы считаются производными. Причина, по которой единицы массы были выбраны в качестве базовых единиц, заключается в том, что для массы легче построить модель.
Ньютон — единица измерения веса в Международной системе единиц
В настоящее время в физике в большей степени, чем в других областях, используется Международная система единиц (СИ), в которой ньютон является единицей измерения веса как формы силы. Один ньютон (1N) — это сила, которая вызывает ускорение в один метр, деленное на одну секунду в квадрате в направлении действия силы:
Ньютон не является базовой единицей СИ. В такой единице, как ньютон, используются кратные и дольные значения силы, например, с использованием обычных префиксов СИ.
Ньютон и $\frac.$ — это единицы измерения веса как силы в системе СИ.
Единицы измерения веса в других системах единиц
Иногда в физике используется система единиц, называемая SGS (сантиметр, грамм, секунда). В этой системе единицей длины является сантиметр (см), единицей массы — грамм (г), а единицей времени — секунда (с). В системе СГС единица веса, как и любая сила, называется дин (написание: dyne). Один дин — это сила, которая придает телу массой 1g ускорение в $1$frac$. Дина — это очень маленькая единица силы по сравнению с ньютоном. Ньютон и дина связаны друг с другом следующим образом:
В инженерных расчетах вы можете столкнуться с другой единицей измерения веса — килограммовой силой (кгс). 1 кгс — это сила, с которой Земля действует на эталонную массу в один килограмм и притягивает ее.
В России в качестве единицы измерения силы вне системы используется сила в килограммах.
Из этого следует, что дин, кг — это единицы веса.
Вес в физике
Масса — это мера инерции тела. Чем более инертным является тело, тем больше
- унция;
- фунт;
- стоун;
- американская тонна;
- английская тонна;
- грамм;
- миллиграмм и так далее.
Когда тело находится в движении или в покое, сила тяжести (Ftj), действующая на тело, равна его весу. Это происходит в том случае, если движение происходит по прямой линии относительно Земли и имеет постоянную скорость. Вес действует на опору, а сила тяжести — на само тело (которое опирается на опору). Это разные величины, и хотя в большинстве случаев они одинаковы, их не следует путать.
Гравитация — это результат притяжения тела к земле; вес — это воздействие тела на опору. Когда тело изгибает (деформирует) опору своим весом, возникает другая сила, называемая силой упругости (Fupr). Третий закон движения Ньютона гласит, что тела действуют друг на друга с силами, равными по величине, но разными по вектору. Из этого следует, что для упругой силы должна существовать противодействующая сила, которая называется силой реакции опоры и обозначается N.
Модульно |N|=|P|. Однако, поскольку эти силы действуют в нескольких направлениях, при экспоненте коэффициента получается N= — P. По этой причине вес можно измерить с помощью динамометра, который состоит из пружины и весов. Когда вы вешаете гирю на это устройство, пружина растягивается до определенной точки на весах.
Второй закон движения Ньютона гласит, что ускорение равно силе, деленной на массу. Поэтому применяется следующее соотношение: F=m*a. Поскольку F равно P (когда тело находится в покое или движется по прямой (относительно Земли) с одинаковой скоростью), P также равно произведению массы и ускорения (P=m*a).
Мы знаем, как определить массу и вес тела, но чего мы еще не знаем, так это ускорения. Ускорение — это физическая векторная величина, которая указывает на изменение скорости тела в единицу времени. Например, в первую секунду объект движется со скоростью 4 метра в секунду, а во вторую секунду его скорость увеличивается до 8 метров в секунду, поэтому его ускорение равно 2. Согласно международной системе единиц, ускорение рассчитывается в метрах в секунду в квадрате м/с 2.
Как измерить вес тела
Если поместить объект в специальную среду, где нет сопротивления воздуха, вакуум, и убрать опору, объект начнет лететь с тем же ускорением. Название этого явления — гравитационное ускорение, которое выражается как g и рассчитывается в метрах в секунду в квадрате м/с 2.
Интересно, что ускорение не зависит от массы тела, а это значит, что если бросить на землю лист бумаги и гирю в особых условиях, где нет воздуха (вакуум), то эти предметы приземлятся одновременно. Поскольку лист бумаги имеет большую площадь поверхности и относительно небольшую массу, он должен удариться о землю, чтобы упасть.
Формула для расчета массы тела, следовательно, P=m*g .
Первая проблема. На стол кладется груз весом 2 кг. Каков вес груза?
Для решения этой задачи нам понадобится формула для расчета веса P=m*g. Мы знаем, что масса тела и ускорение из-за силы тяжести составляют около 9,8 м/с2. Подставим эти значения в формулу и получим P=2*9,8=19,6 Н. Ответ.
Вторая проблема. Парафиновый шар объемом 0,1 м 3 был помещен на стол. Насколько тяжел мяч?
Примеры задач для расчёта веса тела
Эта проблема должна быть решена в следующем порядке,
Из вышесказанного можно сделать важные выводы.
Последнее свойство показывает, что вес является непостоянной величиной и может быть меньше или больше силы тяжести в зависимости от движения опоры.
Поэтому вес без опоры не существует. Тело без опоры находится в состоянии невесомости.
- 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.
Свойства веса тела
Обратите внимание, что состояние невесомости не зависит от наличия или отсутствия гравитационной силы, действующей на тело. Объект в свободном падении, кабина лифта в начале спуска, когда напряжение в тросе исчезло, прыгающий человек — все это примеры состояния невесомости, которое возникает вопреки гравитации.
- Во-первых, как физическая величина, вес является силой. Поэтому единица измерения веса в физике — ньютон.
- Во-вторых, вес — фактически, это проявление сил упругости. Вес появляется в результате взаимодействия тела с опорой.
- В-третьих, вес зависит от ускорения, с которым движется опора. Если опора неподвижна (или движется равномерно и прямолинейно), то вес равен силе тяжести.
Из формулы для веса тела следует, что когда опора движется с ускорением, тело имеет вес, который может быть даже больше силы тяжести. В этом случае можно говорить о перегрузке.
Невесомость и перегрузки
Поскольку в формулу веса входят масса и сумма ускорений, перегрузка может быть измерена в единицах $\mathrm$. Для определения перегрузки используется формула:
А именно, перегрузка показывает, во сколько раз вес тела больше силы тяжести, действующей на тело на земле. Перегрузка $k=1$ означает нормальный вес тела, перегрузка $k=2$ означает, что вес тела в два раза превышает силу тяжести и т.д.
