Mi a súlyfizika. Képlet a testtömeg mérésére

1. definíció

A súly a testnek a támasztékra (felfüggesztésre vagy más rögzítésre) gyakorolt ​​hatásának az erejét jelenti, amely megakadályozza az esést és a gravitációs térben keletkezik. A tömeg SI mértékegysége a newton.

Testsúly fogalma

A „súly” fogalmát mint olyat nem tartják szükségesnek a fizikában. Tehát többet mondanak a test tömegéről vagy erejéről. Értelmesebb mennyiségnek tekintjük a támaszra ható hatáserőt, melynek ismerete segíthet például annak felmérésében, hogy adott körülmények között egy szerkezet mennyire képes a vizsgált testet megtartani.

A súlyt rugós mérlegekkel lehet mérni, amelyek megfelelően kalibrálva közvetetten is mérik a tömeget. Ugyanakkor az emelőkaros skáláknak erre nincs szükségük, mivel ilyen helyzetben az összehasonlítás tárgyát képező tömegek a gravitációs gyorsulásnak vagy a gyorsulások összegének egyenlő mértékben vannak kitéve nem inerciális vonatkoztatási rendszerekben.

A műszaki rugós mérlegekkel történő mérésnél általában nem veszik figyelembe a gyorsulás gravitációból adódó változásait, mivel a hatás gyakran kisebb, mint amennyit a gyakorlatban megkövetelnek a mérési pontosság tekintetében. A mérések eredményeit bizonyos mértékig Arkhimédész ereje is tükrözheti, feltéve, hogy a különböző sűrűségű testeket emelőmérlegen és azok összehasonlító mutatóin mérik.

A tömeg és a tömeg különböző fogalmakat képvisel a fizikában. Így a súlyt olyan vektormennyiségnek tekintjük, amellyel a test közvetlenül befolyásolja a vízszintes alátámasztást vagy a függőleges felfüggesztést. A tömeg egyúttal skaláris mennyiséget, egy test tehetetlenségének mértékét (tehetetlen tömeg) vagy a gravitációs tér töltését (gravitációs tömeg) jelenti. Az ilyen mennyiségek különböző mértékegységekkel is rendelkeznek (SI-ben a tömeget kilogrammban, a tömeget pedig newtonban adják meg).

Lehetséges nulla súlyú és nem nulla tömegű helyzet is (ha ugyanarról a testről beszélünk, például nulla gravitáció esetén minden test súlya nulla lesz, de a tömege mindenkinek más) .

Fontos képletek a testtömeg kiszámításához

A tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerben nyugvó test súlya ($P$) egyenlő a rá ható gravitációs erővel és arányos a tömegével $m$, valamint a szabadesés gyorsulásával $g$ egy adott ponton.

1. megjegyzés

A gravitáció gyorsulása a földfelszín feletti magasságtól, valamint a mérési pont földrajzi koordinátáitól függ.

A Föld napi forgásának eredménye a tömeg szélességi irányú csökkenése. Tehát az egyenlítőn a súly kisebb lesz a sarkokhoz képest.

A $g$ értékét befolyásoló másik tényezőnek tekinthetők a gravitációs anomáliák, melyeket a földfelszín szerkezeti sajátosságai okoznak. Ha egy test egy másik bolygó (nem a Föld) közelében helyezkedik el, a gravitáció gyorsulását gyakran ennek a bolygónak a tömege és mérete határozza meg.

A súlytalanság állapota (súlytalanság) akkor következik be, amikor a test távol van a vonzó tárgytól, vagy szabadesésben van, azaz olyan helyzetben, amikor

$(g – w) = 0$.

Egy $m$ tömegű testre, amelynek súlyát elemzik, bizonyos járulékos erők hatnak, amelyeket közvetetten a gravitációs mező jelenléte határoz meg, különösen az Archimedes-erő és a súrlódási erő.

A testsúly és a gravitációs erő különbsége

Jegyzet 2

A gravitáció és a súly két különböző fogalom, amelyek közvetlenül részt vesznek a fizika gravitációs térelméletében. Ezt a két nagyon eltérő fogalmat gyakran félreértelmezik és rossz kontextusban használják.

Ezt a helyzetet tovább rontja, hogy a tömeg (az anyag tulajdonsága) fogalmának szokásos értelmezése szerint a súlyt is azonosnak fogják fel. Ez az oka annak, hogy a gravitáció és a súly helyes megértése nagyon fontos a tudományos közösségben.

Ezt a két gyakorlatilag hasonló fogalmat gyakran felcserélve használják. Az az erő, amely a Földről vagy az Univerzumunk egy másik bolygójáról (tágabb értelemben bármely csillagászati ​​test) egy objektumra irányul, a gravitációs erőt képviseli:

Azt az erőt, amellyel a test közvetlen hatást fejt ki a támasztékra vagy a függőleges felfüggesztésre, a test súlyának tekintjük, amelyet $W$-ként jelölünk, és egy vektor-irányított mennyiséget képvisel.

A test atomjai (molekulái) taszítják a bázis részecskéit. Ennek a folyamatnak a következménye:

• nem csak a támasz, hanem a tárgy részleges deformációjának megvalósítása;
• rugalmas erők megjelenése;
• bizonyos helyzetekben (kis mértékben) a test és a támasz alakjának változása, amely makroszinten fog bekövetkezni;
• támasztó reakcióerő fellépése egy rugalmas erő párhuzamos fellépésével a test felületén, amely válasz az alátámasztásra (ez súlyt jelent).

Gyakran használunk olyan kifejezéseket, mint: „Egy csomag édesség 250 grammot nyom” vagy „52 kilogrammot nyomok”. Az ilyen ajánlatok használata automatikus. De mi a súly? Miből áll és hogyan kell kiszámítani?

Először is meg kell értened, hogy helytelen azt mondani: "Ez a tárgy X kilogrammot nyom." A fizikában van két különböző fogalom - tömeg és súly. A tömeget kilogrammban, grammban, tónusban stb. mérik, a testtömeget pedig newtonban. Tehát amikor azt mondjuk, hogy például 52 kilogramm vagyunk, akkor valójában tömegre gondolunk, nem súlyra.

Súly a fizikában

Súly – ez a test tehetetlenségének mértéke. Minél tehetetlenebb egy test, annál hosszabb ideig tart, hogy felgyorsítsa. Nagyjából elmondható, hogy minél nagyobb a tömegérték, annál nehezebb egy tárgyat mozgatni. A Nemzetközi Mértékegységrendszerben a tömeget kilogrammban mérik. De például más mértékegységekben is mérik;

• uncia;
• lb;
• kő;
• USA tonna;
• angol tonna;
• gramm;
• milligramm és így tovább.

Ha azt mondjuk, hogy egy, kettő, három kilogramm, akkor összehasonlítjuk a tömeget egy referencia tömeggel (amelynek prototípusa Franciaországban található a BIPM-ben). A tömeget m jelöli.

Súly – ez az az erő, amely a felfüggesztésre hat vagy a gravitáció által vonzott tárgy miatti alátámasztás. Ez egy vektormennyiség, ami azt jelenti, hogy van iránya (mint minden erőnek), ellentétben a tömeggel (skaláris mennyiség). Az irány mindig a Föld középpontja felé megy (a gravitáció miatt). Például, ha egy széken ülünk, amelynek ülése párhuzamos a Földdel, akkor az erővektor egyenesen lefelé irányul. A tömeget P-vel jelöljük, és newtonban [N] számítjuk.

Ha a test mozgásban van vagy nyugalomban van, akkor a testre ható gravitációs erő (Fgravitáció) egyenlő a súlyával. Ez akkor igaz, ha a mozgás a Földhöz képest egyenes vonal mentén történik, és állandó sebességű. A súly hat a támasztékra, a gravitáció pedig magára a testre (amely a támasztékon található). Ezek különböző mennyiségek, és függetlenül attól, hogy a legtöbb esetben egyenlőek, nem szabad összetéveszteni őket.

Gravitáció- ez a test talajhoz való vonzódásának eredménye, a súly pedig a test hatása a támasztékra. Mivel a test a súlyával meghajlítja (deformálja) a támaszt, egy másik erő is fellép, ezt rugalmas erőnek (Fel) nevezzük. Newton harmadik törvénye kimondja, hogy a testek egymással egyenlő nagyságú, de vektorban eltérő erőkkel lépnek kölcsönhatásba. Ebből következik, hogy a rugalmas erőhöz ellentétes erőnek kell lennie, ezt hívjuk támasztó reakcióerőnek és N-nek jelöljük.

Modulo |N|=|P|. De mivel ezek az erők többirányúak, így a modult kinyitva N = - P kapunk. Ezért a súlyt egy dinamométerrel mérhetjük, ami egy rugóból és egy mérlegből áll. Ha terhet akaszt erre az eszközre, a rugó egy bizonyos jelig megnyúlik a skálán.

Hogyan mérjük a testsúlyt

Newton második törvénye kimondja, hogy a gyorsulás egyenlő az erővel osztva a tömeggel. Így F=m*a. Mivel Ft egyenlő P-vel (ha a test nyugalomban van, vagy egyenes vonalban mozog (a Földhöz viszonyítva) azonos sebességgel), akkor a test P értéke egyenlő lesz a tömeg és a gyorsulás szorzatával (P=m *a).

Tudjuk, hogyan kell megtalálni a tömeget, és tudjuk, mekkora a test súlya, csak a gyorsulást kell kitalálni. Gyorsulás egy fizikai vektormennyiség, amely a test sebességének egységnyi idő alatti változását jelöli. Például egy objektum az első másodpercben 4 m/s sebességgel mozog, a második másodpercben pedig 8 m/s-ra nő, ami azt jelenti, hogy a gyorsulása 2. A nemzetközi mértékegységrendszer szerint a gyorsulást méter per másodperc négyzetben számítják [m/s 2 ].

Ha egy testet speciális környezetbe helyez, ahol nincs légellenállási erő - vákuum, és eltávolítja a tartót, akkor a tárgy egyenletes gyorsulással repülni kezd. Ennek a jelenségnek a neve a gravitáció gyorsulása, amelyet g-vel jelölünk, és méter per másodperc négyzetben számítják [m/s 2 ].

Érdekes, hogy a gyorsulás nem függ a test tömegétől, ami azt jelenti, hogy ha egy papírdarabot és egy súlyt dobunk a Földre speciális körülmények között, ahol nincs levegő (vákuum), akkor ezek a tárgyak a Ugyanakkor. Mivel a levél nagy felülettel és viszonylag kis tömeggel rendelkezik, ahhoz, hogy lezuhanjon, nagy légellenállással kell szembenéznie. . Ez nem légüres térben történik., és ezért egy toll, egy papír, egy súly, egy ágyúgolyó és más tárgyak azonos sebességgel repülnek és ugyanabban az időben esnek (feltéve, hogy egyszerre kezdenek repülni, és a kezdeti sebességük nulla ).

Mivel a Föld geoid (vagy egyébként ellipszoid) alakú, és nem ideális gömb, a gravitáció gyorsulása a Föld különböző részein eltérő. Például az egyenlítőn 9,832 m/s 2, a sarkokon pedig 9,780 m/s 2. Ez azért történik, mert a Föld egyes részein a távolság a magtól nagyobb, máshol kisebb. Minél közelebb van egy tárgy a középponthoz, annál erősebben vonzza. Minél távolabb van az objektum, annál kisebb a gravitáció. Általában az iskolában ezt az értéket 10-re kerekítik, ez a számítások kényelme érdekében történik. Ha pontosabb mérésre van szükség (mérnöki vagy katonai ügyekben és így tovább), akkor konkrét értékeket vesznek fel.

Így a testtömeg kiszámításának képlete így fog kinézni: P=m*g.

Példák testsúlyszámítási problémákra

Első feladat. Egy 2 kilogramm súlyú teher kerül az asztalra. Mekkora a rakomány súlya?

A probléma megoldásához szükségünk van egy képletre a P=m*g tömeg kiszámításához. Ismerjük a test tömegét, és a gravitációs gyorsulás hozzávetőlegesen 9,8 m/s 2 . Ezt az adatot behelyettesítjük a képletbe, és P=2*9,8=19,6 N. Válasz: 19,6 N.

Második feladat. Az asztalra 0,1 m 3 térfogatú paraffingolyót helyeztünk. Mekkora a labda súlya?

Ezt a problémát a következő sorrendben kell megoldani;

1. Először is emlékeznünk kell a P=m*g súlyképletre. Ismerjük a gyorsulást - 9,8 m/s 2 . Már csak a tömeget kell megtalálni.
2. A tömeg kiszámítása az m=p*V képlettel történik, ahol p a sűrűség és V a térfogat. A paraffin sűrűsége a táblázatban látható;
3. A tömeg meghatározásához be kell cserélni az értékeket a képletbe. m=900*0,1=90 kg.
4. Most behelyettesítjük az értékeket az első képletbe, hogy megtaláljuk a súlyt. P=90*9,9=882 N.

Válasz: 882 N.

Videó

Ez a videólecke a gravitáció és a testsúly témáját fedi le.

Az életben nagyon gyakran mondjuk: „5 kilogrammot nyom”, „200 grammot nyom” és így tovább. És ugyanakkor nem tudjuk, hogy hibát követünk el, amikor ezt mondjuk. A testsúly fogalmát mindenki tanulja a hetedik osztályos fizika szakon, de egyes definíciók hibás használata annyira összekeveredett bennünk, hogy elfelejtjük a tanultakat, és azt hisszük, hogy a testtömeg és a tömeg egy és a Ugyanez.

Azonban nem. Ráadásul a testsúly állandó érték, de a testsúly változhat, nullára csökkenhet. Tehát mi a hiba, és hogyan kell helyesen beszélni? Próbáljuk meg kitalálni.

Testtömeg és testtömeg: számítási képlet

A tömeg egy test tehetetlenségének mértéke, ez az, hogy a test hogyan reagál a rá kifejtett hatásra, vagy maga hogyan hat más testekre. A test súlya pedig az az erő, amellyel a test egy vízszintes támaszra vagy függőleges felfüggesztésre hat a Föld gravitációja hatására.

A tömeget kilogrammban mérik, a testtömeget, mint minden más erőt, newtonban mérik. A test súlyának van iránya, mint minden erőnek, és vektormennyiség. De a tömegnek nincs iránya, és skaláris mennyiség.

A képeken és grafikonokon a testsúlyt jelző nyíl mindig lefelé irányul, akárcsak a gravitációs erő.

Testtömeg-képlet a fizikában a következőképpen van írva:

ahol m a testtömeg

g - gravitációs gyorsulás = 9,81 m/s^2

De a gravitáció képletével és irányával való egybeesés ellenére komoly különbség van a gravitáció és a testtömeg között. A testre a gravitációs erő hat, vagyis durván fogalmazva a testet nyomja, a test súlya pedig a támasztékra vagy felfüggesztésre, vagyis itt a test rányomja a felfüggesztést vagy támaszt.

De a gravitáció létezésének természete és a test súlya megegyezik a Föld vonzásával. Szigorúan véve a test súlya a testre ható gravitációs erő következménye. És a gravitációhoz hasonlóan a testtömeg is csökken a magasság növekedésével.

Testsúly nulla gravitációban

Súlytalanság állapotában a test súlya nulla. A karosszéria nem fog nyomást gyakorolni a támasztékra, és nem feszíti meg a felfüggesztést, és nem nyom semmit. Azonban továbbra is lesz tömege, mivel ahhoz, hogy a test bármilyen sebességet adjon, bizonyos erőt kell alkalmazni, minél nagyobb, minél nagyobb a test tömege.

Egy másik bolygó körülményei között a tömeg is változatlan marad, és a test súlya a bolygó gravitációs erejétől függően nő vagy csökken. Mérleggel mérjük a testtömeget, kilogrammban, a Newtonban mért testtömeg mérésére pedig egy speciális erőmérő eszköz, a dinamométer használható.

1. definíció

A súly a testnek a támasztékra (felfüggesztésre vagy más rögzítésre) gyakorolt ​​hatásának az erejét jelenti, amely megakadályozza az esést és a gravitációs térben keletkezik. A tömeg SI mértékegysége a newton.

Testsúly fogalma

A „súly” fogalmát mint olyat nem tartják szükségesnek a fizikában. Tehát többet mondanak a test tömegéről vagy erejéről. Értelmesebb mennyiségnek tekintjük a támaszra ható hatáserőt, melynek ismerete segíthet például annak felmérésében, hogy adott körülmények között egy szerkezet mennyire képes a vizsgált testet megtartani.

A súlyt rugós mérlegekkel lehet mérni, amelyek megfelelően kalibrálva közvetetten is mérik a tömeget. Ugyanakkor az emelőkaros skáláknak erre nincs szükségük, mivel ilyen helyzetben az összehasonlítás tárgyát képező tömegek a gravitációs gyorsulásnak vagy a gyorsulások összegének egyenlő mértékben vannak kitéve nem inerciális vonatkoztatási rendszerekben.

A műszaki rugós mérlegekkel történő mérésnél általában nem veszik figyelembe a gyorsulás gravitációból adódó változásait, mivel a hatás gyakran kisebb, mint amennyit a gyakorlatban megkövetelnek a mérési pontosság tekintetében. A mérések eredményeit bizonyos mértékig Arkhimédész ereje is tükrözheti, feltéve, hogy a különböző sűrűségű testeket emelőmérlegen és azok összehasonlító mutatóin mérik.

A tömeg és a tömeg különböző fogalmakat képvisel a fizikában. Így a súlyt olyan vektormennyiségnek tekintjük, amellyel a test közvetlenül befolyásolja a vízszintes alátámasztást vagy a függőleges felfüggesztést. A tömeg egyúttal skaláris mennyiséget, egy test tehetetlenségének mértékét (tehetetlen tömeg) vagy a gravitációs tér töltését (gravitációs tömeg) jelenti. Az ilyen mennyiségek különböző mértékegységekkel is rendelkeznek (SI-ben a tömeget kilogrammban, a tömeget pedig newtonban adják meg).

Lehetséges nulla súlyú és nem nulla tömegű helyzet is (ha ugyanarról a testről beszélünk, például nulla gravitáció esetén minden test súlya nulla lesz, de a tömege mindenkinek más) .

Fontos képletek a testtömeg kiszámításához

A tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerben nyugvó test súlya ($P$) egyenlő a rá ható gravitációs erővel és arányos a tömegével $m$, valamint a szabadesés gyorsulásával $g$ egy adott ponton.

1. megjegyzés

A gravitáció gyorsulása a földfelszín feletti magasságtól, valamint a mérési pont földrajzi koordinátáitól függ.

A Föld napi forgásának eredménye a tömeg szélességi irányú csökkenése. Tehát az egyenlítőn a súly kisebb lesz a sarkokhoz képest.

A $g$ értékét befolyásoló másik tényezőnek tekinthetők a gravitációs anomáliák, melyeket a földfelszín szerkezeti sajátosságai okoznak. Ha egy test egy másik bolygó (nem a Föld) közelében helyezkedik el, a gravitáció gyorsulását gyakran ennek a bolygónak a tömege és mérete határozza meg.

A súlytalanság állapota (súlytalanság) akkor következik be, amikor a test távol van a vonzó tárgytól, vagy szabadesésben van, azaz olyan helyzetben, amikor

$(g – w) = 0$.

Egy $m$ tömegű testre, amelynek súlyát elemzik, bizonyos járulékos erők hatnak, amelyeket közvetetten a gravitációs mező jelenléte határoz meg, különösen az Archimedes-erő és a súrlódási erő.

A testsúly és a gravitációs erő különbsége

Jegyzet 2

A gravitáció és a súly két különböző fogalom, amelyek közvetlenül részt vesznek a fizika gravitációs térelméletében. Ezt a két nagyon eltérő fogalmat gyakran félreértelmezik és rossz kontextusban használják.

Ezt a helyzetet tovább rontja, hogy a tömeg (az anyag tulajdonsága) fogalmának szokásos értelmezése szerint a súlyt is azonosnak fogják fel. Ez az oka annak, hogy a gravitáció és a súly helyes megértése nagyon fontos a tudományos közösségben.

Ezt a két gyakorlatilag hasonló fogalmat gyakran felcserélve használják. Az az erő, amely a Földről vagy az Univerzumunk egy másik bolygójáról (tágabb értelemben bármely csillagászati ​​test) egy objektumra irányul, a gravitációs erőt képviseli:

Azt az erőt, amellyel a test közvetlen hatást fejt ki a támasztékra vagy a függőleges felfüggesztésre, a test súlyának tekintjük, amelyet $W$-ként jelölünk, és egy vektor-irányított mennyiséget képvisel.

A test atomjai (molekulái) taszítják a bázis részecskéit. Ennek a folyamatnak a következménye:

• nem csak a támasz, hanem a tárgy részleges deformációjának megvalósítása;
• rugalmas erők megjelenése;
• bizonyos helyzetekben (kis mértékben) a test és a támasz alakjának változása, amely makroszinten fog bekövetkezni;
• támasztó reakcióerő fellépése egy rugalmas erő párhuzamos fellépésével a test felületén, amely válasz az alátámasztásra (ez súlyt jelent).

A hétköznapi életben a súlyt a tömeg szinonimájának tekintik. De a fizikában a súly és a tömeg különböző dolgok.

Testtömeg (jelzett R) - az az erő, amellyel egy test a Földhöz való vonzódás következtében egy támaszra vagy felfüggesztésre hat.

A súlytalan állapotban lévő űrhajósoknak van tömegük, de nincs súlyuk. Minden ember eléri
súlytalanság, ha futás közben mindkét lábát felemeli a talajról.

Ha a test nyugalomban van vagy egyenletesen mozog, súlyát a következő képlettel számítjuk ki:

Együttható g a Föld és más bolygók különböző pontjain változik. Minszkben egy személy
kisebb lesz, mint Moszkvában. Együttható g különböző helyekre:

Nyugalomban és egyenletes mozgásban a testtömeg és a gravitáció moduljai (számértéke).
egyenlőek. De ha egy test felgyorsul, lassul vagy egy görbe mentén mozog, akkor ezek különböznek.
Amikor a lift felgyorsul és lefelé mozog, a test kisebb nyomást gyakorol a padlóra, és a súly csökken, és amikor
felfelé mozog, a támasztékra nehezedő nyomás és a súly növekszik. Még érezheted is:
felemelkedéskor a test mintha a padlóba nyomódna. A súlyváltozások megerősíthetők és
kísérletileg, ha a mérlegen állva ül fel a liftben.

A sebesség változása által okozott súlyváltozás túlterhelés.

Egy körhintán vagy egy száguldó autóban a túlterhelés az ülésbe kényszeríti a testet.
A pilóták óriási túlterhelést tapasztalnak: műrepülő manőverek végrehajtása során súlyuk (és
Ez azt jelenti, hogy az összes szerv, csontok, vér) súlya 10-20-szorosára nő. Az izomerő nem
növeli. Egy hétköznapi ember szívizomja nem tud ekkora súlyt nyomni
vér a fejébe, ezért nagy túlterhelés esetén eszméletét veszti. Ezért a pilóták
úgy vannak kiképezve, hogy ellenálljanak a centrifugában mért 10-szeres súlynak – ez lényegében egy gyorsan forgó
körhinta.

1. Mi a különbség a testsúly és a testsúly között?
2. Lehet-e a testsúly nulla?
3. Hogyan lehet megtalálni a nyugalmi test súlyát?
4. Mi a túlterhelés?
5. Eltér-e egy test súlya a Holdon, mint a Földön lévő test súlya?
6. Mennyiben lesz más a súlyod a Fehérorosz Köztársaság fővárosában, mint az USA fővárosában?