Образовака🌡️ Физика7 классВзаимодействие тел

Вес тела

4.2

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 194.

Понятие «вес тела» очень часто используется в повседневной жизни. Многие продукты и материалы покупаются, исходя из измеренного веса. Как правило, в быту понятие веса отождествляется с понятием массы тела. Однако в физике это не одно и то же. Более того, эти величины не равны. Рассмотрим эту тему подробнее, приведём определение и формулу веса тела.

Вес тела

Чтобы понять физическую природу веса тела, достаточно вспомнить, как происходит взвешивание на пружинных весах. На чашку весов укладывается тело, под действием силы тяжести оно сжимает пружину, и по степени этого сжатия можно судить о том, сколько весит тело.

То есть сила, с которой тело воздействует на опору, называется весом.

Найдём величину этой силы. На тело, имеющее опору, действует сила тяжести $m \overrightarrow {\mathrm{g}}$ и сила реакции опоры $ \overrightarrow {N}$.

По третьему закону Ньютона, тело также действует на опору с равной силой $ \overrightarrow {P}= – \overrightarrow {N}$ (противоположной по направлению). Эта сила и есть вес тела.

Если опора (и тело вместе с ней) движется вверх с ускорением $ \overrightarrow {a}$, то по второму закону Ньютона имеем:

$$\overrightarrow {N}+ m \overrightarrow {\mathrm{g}} = m \overrightarrow {a}$$

Учитывая равенство веса и его противоположную направленность относительно реакции опоры, после проецирования на ось координат, направленную вниз, можно записать:

$$P = m (\mathrm{g} – a)$$

Это и есть формула веса тела массой $m$, существующего в условиях гравитации (ускорение свободного падения $\mathrm{g}$), имеющего опору, которая двигается вверх с ускорением $a$.

Свойства веса тела

Из вышесказанного можно сделать важные выводы.

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.

Последнее свойство показывает, что вес — это величина непостоянная, и может быть как меньше, так и больше силы тяжести, в зависимости от движения опоры.

Невесомость и перегрузки

Таким образом, вес без опоры не существует. Говорят, что тело, у которого нет опоры, находится в состоянии невесомости.

Обратите внимание, состояние невесомости не зависит от того, действует ли на тело гравитационная сила или нет. Предмет во время свободного падения, кабина лифта в момент начала спуска, когда натяжение троса исчезло, человек во время прыжка — всё это примеры состояния невесомости, которое появляется, несмотря на действие силы тяжести.

Из формулы веса тела следует, что если опора движется с ускорением, у тела появляется вес, который может быть даже больше, чем сила тяжести. В этом случае говорят о возникновении перегрузок.

Поскольку в формулу веса входит масса и сумма ускорения, перегрузку можно измерять в единицах $\mathrm{g}$. Для нахождения перегрузки используется формула:

$$k= {m(\mathrm{g} + a) \over m\mathrm{g}}=1+{a\over \mathrm{g}}$$

Фактически перегрузка показывает, во сколько раз вес тела больше силы тяжести, действующей на тело на Земле. Перегрузка $k=1$ означает обычный вес тела, перегрузка $k=2$ означает, что вес тела вдвое больше, чем сила тяжести и так далее.

Что мы узнали?

Вес тела — это сила, с которой тело действует на опору. Фактически это проявление силы упругости. Тело, у которого нет опоры, находится в состоянии невесомости. Если опора тела двигается с ускорением, тело испытывает перегрузки.