Вес

Примечания

  1. Окунь Л. Б. // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 50—52. — 672 с. — 48 000 экз. — ISBN 5-85270-019-3.
  2. Матвеев А. Н. Механика и теория относительности. — М.: ОНИКС, 2003. — 432 с. — ISBN 5-329-00742-9 .
  3. . lenta.ru. Дата обращения 13 декабря 2018.
  4. Tomilin K. A.  (англ.). Proc. of the XXII Internat. Workshop on high energy physics and field theory (June 1999). Дата обращения 22 декабря 2016.
  5. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория поля. — Издание 7-е, исправленное. — М.: Наука, 1988. — 512 с. — («Теоретическая физика», том II). — ISBN 5-02-014420-7., § 9. Энергия и импульс.
  6. Наумов А. И. Физика атомного ядра и элементарных частиц. — М., Просвещение, 1984. — С. 6.
  7. Фок В. А. Теория пространства, времени и тяготения. — М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1955. — 504 с.
  8. Мёллер К. Теория относительности = The theory of relativity. Clarendon Press. Oxford. 1972.. — М.: Атомиздат, 1975. — 400 с.
  9. Широков Ю. М. Ядерная физика. — М., Наука,1980. — С. 37.
  10. Наумов А. И. Физика атомного ядра и элементарных частиц. — М., Просвещение, 1984. — С. 25.
  11. В этом абзаце для простоты используется рассмотренная выше система единиц с = 1.
  12. Герштейн С. С., Захаров В. И. // Физическая энциклопедия : / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2: Добротность — Магнитооптика. — С. 384—388. — 704 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-061-4.
  13. , с. 119.
  14. , с. 123.
  15. Копылов Г. И. Всего лишь кинематика. — М.: Атомиздат, 1968. — 176 с.
  16. , с. 136.
  17. , с. 150.
  18. , с. 161.
  19. Киппенхан Р. 100 миллиардов солнц. Рождение, жизнь и смерть звезд. — М.: Мир, 1990. — С. 281—284 — ISBN 5-03-001195-1.
  20. , Глава I.
  21. Спасский Б. И. История физики. М., «Высшая школа», 1977, том I, с. 135—137.
  22. Ньютон И. Математические начала натуральной философии, том I, определение 1.
  23. Тюлина И. А.  Об основах ньютоновой механики (к трёхсотлетию «Начал» Ньютона) // История и методология естественных наук. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1989. — Вып. 36. — С. 184—196..
  24. Мах Э. Механика. Историко-критический очерк её развития. Ижевск: НИЦ РХД, 2000. 456 с. ISBN 5-89806-023-5.

Свойства

Вес P{\displaystyle \mathbf {P} } тела, покоящегося в инерциальной системе отсчёта, равен силе тяжести, действующей на тело, и пропорционален массе m{\displaystyle m} и ускорению свободного падения g{\displaystyle \mathbf {g} } в данной точке:

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

Широтное уменьшение силы тяжести mg

Ускорение свободного падения зависит от высоты над земной поверхностью и — ввиду несферичности Земли, а также ввиду её вращения — от географических координат точки измерения. В результате суточного вращения Земли существует широтное уменьшение веса: на экваторе вес примерно на 0,3 % меньше, чем на полюсах. Другим фактором, влияющим на значение g{\displaystyle \mathbf {g} } и, соответственно, вес тела, являются гравитационные аномалии, обусловленные особенностями строения земной поверхности и недр в окрестностях точки измерения. Если тело находится вблизи другой планеты, а не Земли, то ускорение свободного падения будет определяться массой и размерами этой планеты, наряду с расстоянием между её поверхностью и телом.

При движении системы «тело» — «опора или подвес» относительно инерциальной системы отсчёта с ускорением w{\displaystyle \mathbf {w} } вес перестаёт совпадать с силой тяжести:

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

Например, если ускорение (независимо от скорости) лифта направлено вверх, то вес находящегося в нём груза увеличивается, а если вниз, то уменьшается. Ускорение за счёт вращения Земли не входит в w{\displaystyle \mathbf {w} }, оно уже учтено в g{\displaystyle \mathbf {g} }. Состояние отсутствия веса (невесомость) наступает при удалении тела от притягивающего объекта, либо когда тело находится в свободном падении, то есть при g−w={\displaystyle \mathbf {g} -\mathbf {w} =0}.

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/с2. 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 м3. Каков вес шарика?

Эту задачу необходимо решать в следующей последовательности;

  1. Для начала нам надо вспомнить формулу веса P=m*g. Ускорение нам известно – 9,8 м/с2. Осталось найти массу.
  2. Масса рассчитывается по формуле m=p*V, где p – это плотность, а V – объём. Плотность парафина можно посмотреть в таблице, объём нам известен.
  3. Необходимо подставить значения в формулу, для нахождения массы. m=900*0,1=90 кг.
  4. Теперь подставляем значения в первую формулу, для нахождения веса. P=90*9,9=882 Н.

Ответ: 882 Н.

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 .

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.

Комментарий

Тело массой m{\displaystyle m}, вес которого анализируется, может стать субъектом приложения дополнительных сил, косвенно обусловленных присутствием гравитационного поля, в том числе силы Архимеда и трения. При этом воздействие изучаемого тела на опоры и подвесы будет опосредовано наличием указанных привходящих факторов.[прояснить]

В официальном определении, приведённом в преамбуле, отсутствует конкретизация, должны ли учитываться подобные факторы. Не оговорено также, обязательно ли роль опоры-подвеса должно играть упругое твёрдое тело и что если опор несколько. Кроме того, в публикациях встречаются и неэквивалентные дефиниции веса. Отсюда, несмотря на ясность природы фигурирующих сил, возникают терминологические неопределённости.[источник не указан 189 дней]

Так, при учёте только вклада силы тяжести покоящемуся на наклонной поверхности телу приписывается направленный по нормали к опоре вес mgcos⁡α{\displaystyle mg\cos \alpha }, где α{\displaystyle \alpha } — угол наклона. Но если учесть ещё и силу трения покоя (а она, по третьему закону Ньютона, приложена и к телу, и к опоре), то вектор веса станет равным mg{\displaystyle m\mathbf {g} }. Аналогично с силой Архимеда: в жидкости или газе с плотностью ρ{\displaystyle \rho } на тело действует подъёмная сила FA=−ρgV{\displaystyle \mathbf {F} _{A}=-\rho \mathbf {g} V} (где V{\displaystyle V} — объём тела), из-за которой, скажем, воздействие тела на неровное дно водоёма ослабляется. Трактуя эту ситуацию, можно либо заявить, что вес тела снижается на вес вытесненного объёма воды, либо считать, что вес по-прежнему составляет mg{\displaystyle m\mathbf {g} } и есть ещё подлежащая отдельному анализу архимедова сила.[источник не указан 189 дней]В целом, в литературе доминирует подход[нет в источнике], при котором вес тела в покое вблизи Земли всегда приравнивается mg{\displaystyle m\mathbf {g} }. Этот подход означает, что вес тела с точностью до знака равен векторной сумме всех сил (кроме силы тяжести), действующих на тело, включая силы Архимеда («жидкая опора») и трения, при учёте всех имеющихся опор-подвесов совместно.

Для многих практических задач описанные неопределённости несущественны, так как чаще всего рассматривается неподвижное тело на сухой горизонтальной поверхности.[источник не указан 189 дней]

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/с2].

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/с2].

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/с2, а на полюсах 9,780 м/с2. 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.

Значимость

Понятие «вес» в физике не является необходимым. В принципе, можно вообще отменить этот термин и говорить либо о «массе», либо о «силе» такой-то природы. Использование понятия «вес» во многом связано просто с привычкой и языковыми традициями.

Очевидно более содержательной величиной является суммарная сила воздействия на опору, в нерусскоязычных изданиях иногда именуемая «кажущимся весом» (англ. apparent weight, фр. poids apparent). Знание этой величины, например, может помочь оценить способность конструкции удержать изучаемое тело в данных условиях. В ряде случаев — скажем, в ситуации привязанного на улице шарика, наполненного гелием, — кажущийся вес может оказаться направленным против вектора g{\displaystyle \mathbf {g} } ввиду влияния FA{\displaystyle \mathbf {F} _{A}}.

Масса брутто и нетто — что это такое?

Если присмотреться внимательнее к надписям на упаковках товаров, то можно среди прочих характеристик найти и такую, как «масса нетто», которая содержится, например, на любом продукте питания. Чего же такого в этой массе нет?

«Брутто» и «нетто» — эти два экономических термина пришли к нам из итальянского языка. Дословно ‘brutto’ переводится как «плохой», ‘netto’ же – «чистый», иными словами, очищенный от лишнего. Если изучить этимологию этих слов ещё глубже, то можно найти их происхождение в латыни, где, к примеру, ‘brutus’ обозначает «глупый, неразумный, грубый». Что интересно, сами итальянцы используют для наименования двух видов массы определения «нетто» и «лордо» (‘lordo’ – грязный, содержащий примеси»).

Масса нетто – так называют массу самого изделия, товара, без учёта массы его упаковки (будь то коробка, фантик или иная другая тара). Также термин «нетто» употребляется для обозначения чистой цены товара с вычетом скидок, надбавок. Так, для покупателя нетто-цена – фактически уплаченная сумма денег за товар, для продавца же – чистая прибыль от продажи продукции с вычетом всех издержек и расходов.

Масса брутто – антипод массе нетто, то есть общая масса товара, включая тару, в которую он упакован. Противоположно термину «нетто», «брутто» используется для обозначения цены без вычетов (к примеру, цена на рынке ценных бумаг) или прибыли без вычета затрат.

Массой полунетто считается масса товара вместе с первичной упаковкой (упаковка, которая не может быть отделена от продукции до её применения без нарушения потребительских свойств товара). Примерами таких товаров являются банка консервов, тюбик зубной пасты, флакон духов.

Часто на упаковке производители пишут «Вес нетто», но это неправильно. Масса и вес — это разные понятия, хотя их числовые значения почти совпадают. Масса — это что-то материальное (кусок, тело и т.п.) измеряется в кг. Вес — это сила, с которой масса притягивается к земле. Измеряется в Н (ньютон). Так что указывать на маркировке нужно «Масса нетто».

Этимология и история понятия

Слово масса (лат. massa, от др.-греч. μαζα) первоначально в античные времена обозначало кусок теста. Позднее смысл слова расширился, и оно стало обозначать цельный, необработанный кусок произвольного вещества; в этом смысле слово используется, например, у Овидия и Плиния.

Масса как научный термин была введена Ньютоном как мера количества вещества, до этого естествоиспытатели оперировали понятием веса. В труде «Математические начала натуральной философии» (1687) Ньютон сначала определил «количество материи» в физическом теле как произведение его плотности на объём. Далее он указал, что в том же смысле будет использовать термин масса. Наконец, Ньютон ввёл массу в законы физики: сначала во второй закон Ньютона (через количество движения), а затем — в закон тяготения, откуда сразу следует, что вес пропорционален массе. Ньютон явно указал на эту пропорциональность и даже проверил её на опыте со всей возможной в те годы точностью: «Определяется масса по весу тела, ибо она пропорциональна весу, что мной найдено опытами над маятниками, произведенными точнейшим образом» (эти опыты Ньютон подробно описал в III томе своих «Начал»).

Фактически Ньютон использует только два понимания массы: как меры инерции и источника тяготения. Толкование её как меры «количества материи» — не более чем наглядная иллюстрация, оно сохранялось в XVII—XIX веке, но затем подверглось критике как нефизическое и бессодержательное. В настоящее время понятие «количество вещества» применяется, но имеет совершенно другой смысл.

Долгое время одним из главных законов природы считался закон сохранения массы. Однако в XX веке выяснилось, что этот закон является ограниченным вариантом закона сохранения энергии и во многих ситуациях не соблюдается.

admin
Оцените автора
( Пока оценок нет )
Добавить комментарий