Сила тяжести и вес тела – важные физические величины, при некоторых условиях они могут быть равны по значению. Вследствие этого иногда кажется, что между параметрами нет существенной разницы, однако это не так. Чтобы разобраться, чем отличается вес тела от силы тяжести, нужно подробно сравнить две величины между собой.
Содержание
Чем отличаются масса и вес?
В целом можно заключить, что масса и вес синонимичны. Из-за их сходства в речи человек чаще прибегает лишь к одному из терминов, а выбор зависит прежде всего от профессии. Так, к примеру, в обиходе продавца продуктового магазина чаще встречается «вес», а учитель физики будет больше пользоваться термином «масса». Однако нельзя сказать, что это абсолютные синонимы.
Масса – физический параметр, определяющий инертные и гравитационные свойства объекта.
Исходя из данной величины, можно определить, сколько вещества содержится в предмете. В физике ее обозначают как M.
Под термином Вес понимают силу, с которой предмет давит на опору.
В данном случае значительную роль играет гравитационная составляющая: без нее невозможно точно определить величину. Данный параметр в формулах обозначают как P.
В каких случаях это может иметь значение? Данный параметр очень важен, например, в космической индустрии: поскольку разные планеты обладают разной степенью гравитации, вес предметов тоже будет меняться. К примеру, у космонавта на орбите он будет практически равна нулю, на Луне он будет меньше, чем на Земле, а на Юпитере – больше в два раза. Однако масса при этом остается неизменной.
Важное различие между двумя параметрами – единицы величин. М измеряется в килограммах (кг), а Р – в ньютонах, в краткой форме записываются как Н.
В речи два понятия нередко смешиваются, все условно считают килограммами. Это не совсем верно, однако в состоянии покоя показатели нередко совпадают, поэтому такое смешение не вызывает проблем.
Выделяются следующие отличия между массой (M) и весом (P):
- M подразумевает инертность объекта.
- M определяет количество вещества в теле. P определяет, с какой силой объект давит на опору.
- M высчитывается в состоянии покоя. Для расчета P нужно принимать во внимание действующую на объект силу притяжения.
- M измеряется килограммами (кг), а P – ньютонами (Н).
Важные формулы для расчета веса тела
Под массой M понимают меру инертности объекта, она показывает, как тело реагирует на приложенное воздействие или как оно воздействует на другие объекты. Р показывает, как предмет давит на горизонтальную опору, на которой он находится, или на вертикальный подвес, определяет силу тела, при этом важную роль играет притяжение планеты.
P является векторным параметром: это значит, что он, как и любая сила, имеет направление. M является скалярной величиной и не имеет направления. На графиках у P стрелка вектора всегда направлена вниз, как и у P→.
Стоит отметить, что формула и направление веса Р и силы тяжести P→ совпадают. Чтобы понять, чем отличается вес от силы тяжести, нужно проанализировать, на что оказывается давление. P→ показывает, каково давление на объект. Р, в свою очередь, приложен к подвесу или опоре, то есть величина показывает, с какой силой давит предмет.
Еще в 7 классе ученики узнают, что в невесомости Р тела равняется нулю, поскольку оно не оказывает давления ни на опору, ни на подвес.
При этом М сохраняется: чтобы придать предмету скорость, нужно будет приложить усилие, пропорционально увеличивающееся вместе с массой.
На других планетах М будет оставаться прежней, а вот Р может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от силы притяжения.
Что измеряется весами
Сила, оказываемая телом на опору или подвес, называют весом. Измеряется он в ньютонах (Н). В повседневной жизни случается, что вес измеряют в килограммах, например, когда человек говорит, что весит 55 кг. Однако с точки зрения физики неверно: две величины действительно связаны между собой, но все же не равнозначны. Возникает закономерный вопрос: вес и сила тяжести – в чем разница?
При этом из параметра легко найти Р: для этого достаточно умножить его на g, ускорение свободного падения. Это величина приблизительно равна 10.
Также два понятия отличает точка приложения силы. P тела в состоянии покоя равен массе, но под весом понимают силу, с которой объект давит на опору. P→ показывает, как Земля давит на тело. Получается, что каждый параметр имеет собственную точку приложения силы: у P→ – это центр тела, а у P – опора или подвес.
Таким образом, весы сами по себе являются динамометром, то есть измеряют силу, с которой мы действуем, однако показывают они массу.
Закон всемирного тяготения
Открытый в 1682 году Исааком Ньютоном, закон всемирного тяготения описывает гравитационное взаимодействие тел. Физик обнаружил его, когда изучал движение планет вокруг Солнца, но многие знают об этой теории из известной научной байки.
Когда Ньютон гулял в саду и размышлял о движении планет, он увидел Луну в дневном небе. В этот момент ему на голову упало яблоко.
Ученый уже знал о гравитационном поле Земли, которое заставило яблоко сорваться с дерева, знал, что Луна вращается вокруг планеты по орбите. Но только после случившегося он понял, что у двух явлений одна природа: одна и та же сила влияет и на яблоко, и на спутник.
С помощью данного закона рассчитывают силу взаимодействия двух тел: оно прямо пропорционально массе каждого из тел и обратно пропорционально квадрату расстояния между их центрами.
Сама формула выглядит следующим образом:
где:
- F – сама сила тяготения, измеряемая в ньютонах (Н).
- M обозначает массу первого тела (чаще всего это планета), m – массу второго тела. Оба параметра измеряются в килограммах (кг).
- R – расстояние между телами, измеряемое в метрах (м).
- G – это гравитационная постоянная, равная 6,67 · 10−11м3 · кг−1 · с−2.
Сила тяжести P→ является одним из проявлений классической теории тяготения Ньютона. Данная сила показывает, как Земля притягивает к себе объект. Она всегда приложена к центру объекта, направлена к центру планеты.
Когда P→ действует на тело, происходит свободное падение. Поскольку гравитационная сила пропорциональна массе тела, вблизи Земли все предметы падают с одинаковым ускорением.
Как сила тяжести влияет на вес тела
Чтобы понять отличие силы тяжести P→ и веса P, следует обратиться к примеру из жизни.
Если рассмотреть книгу, лежащую на полке, можно понять, как одновременно существуют два параметра. На книгу воздействует P→, она прилагается к самому объекту и возникает вследствие давления притяжения Земли на предмет. Это явление гравитационной природы. Однако сама книга также оказывает давление на полку, где она лежит. При этом речь идет уже о давлении на опору, о массе и весе книги.
Также немаловажно отметить, что вес тела зависит от того, находится ли оно в неподвижном состоянии или перемещается. Если предмет движется, то на вес влияет ускорение. Если тело покоится или перемещается равномерно, то оно имеет вес равный силе тяжести.
К примеру, P предмета в неподвижном лифте не отличается от P→. Однако, когда начинается движение, вес меняется: изменения зависят от того, поднимается ли кабина или опускается. Когда наступает состояние невесомости, тело не давит на опору, соответственно, силы реакции опоры не возникает.
Отличия между силой тяжести и весом
| Сила тяжести | Вес |
| Оказывает воздействие на сам объект | Оказывает воздействие на опору или подвес |
| Показывает отношение между предметом и планетой | Показывает отношение между объектом и опорой |
| Всегда направлено вниз, к центру планеты | Всегда направлено перпендикулярно опоре |
| Существует постоянно | Может быть нулевым |
Видео по теме
В видео ниже можно увидеть разницу между весом тела и силой тяжести.
Заключение
Сила тяжести показывает, как гравитация влияет на объект. Вес – это сила, с которой предмет давит на опору или верхнее крепление (подвес). Данные понятия похожи друг на друга, однако они не являются равнозначными и различаются по точке приложения силы и ее направлению.
