Вага та сила тяжіння Superprof
6 вересня 2017 р., 5 хвилин читання
Яка вага ?
Визначення
Сферичний об’єкт A, що має масу mA (як, наприклад, планета), створить навколо нього гравітаційне поле. Якщо ми розмістимо другий об'єкт B масою mB поблизу об'єкта B, отже, у гравітаційному полі на об'єкт B буде діяти сила, що рухає його до центру об'єкта A. Це гравітаційна сила. У випадку, коли об'єкт B знаходиться дуже близько до зірки (практично на поверхні), ця сила порівнянна з вагою.
Вага, зазначений P, відповідає гравітаційній силі, що діє на планету або зірку на будь-яке тіло, розташоване поблизу її поверхні і має масу. Значення ваги залежить від ваги та маси. Його напрямок вертикальний, а спрямований вниз. На Землі (і на більшості зірок) вона буде спрямована до центру Землі. Вага - це сила, виражена в ньютонах (Н).
Вага предмета пов'язана з його масою. Маса - це позитивна величина, пов’язана з кількістю речовини, що міститься в об’єкті. Вона дорівнює масі атомів і частинок, що містяться в об'єкті, і буде однаковою незалежно від того, де у Всесвіті ця маса вимірюється. Його одиницею, у міжнародній системі, є кілограм (кг).
Словниковий пункт
Вимірюючи масу предмета чи людини, ми часто говоримо про "зважування", слово, що походить від "вага". Однак це неправильна назва. Дійсно, звичайні ваги вимірюють не вагу предмета, а його масу.
Тому дуже важливо розрізняти вагу предмета, яка відповідає силі притягання, яку чинить зірка, на якій вона знаходиться (і яка змінюється залежно від зірки та висоти), та його маси, незмінної щодо цих же умови.
Зокрема, в наукових текстах та вправах буде звертатися увага на контекст вживання слова "вага", яке не матиме однакового значення залежно від того, вживається воно людиною (використовуючи повсякденну мову) чи вчений або професор.
Інтенсивність сили тяжіння
Інтенсивність гравітації, зазначена g, є силою притягання, спрямованою до землі вертикально, маючи для одиниці N.kg -1. Це також може бути виражено в м.с -2 з посиланням на поле тяжіння прискорення. Його діють на будь-яке тіло, яке має масу поблизу зірки або планети. Його значення залежить від висоти і планети, на якій знаходиться об’єкт.
Силу тяжіння вимірювали деякий час за допомогою маятника. Галілей подивився на період маятника в 17 столітті і припустив, що останній залежав лише від довжини маятника.
Кілька років потому Гюйгенс завершує цю гіпотезу, доводячи, що цей період також залежить від параметра землі, який він називає g: гравітація. Потім йому вдається виміряти цю силу тяжіння в Парижі, оцінюючи значення 9,812 м.с -2 .
Однак необхідно враховувати загальний аспект Землі, а також місце вимірювання, намагаючись виміряти силу тяжіння. Дійсно, Земля не є однорідною і нерухомою сферою (через її обертання навколо Сонця і на собі), гравітація буде різною в різних точках її поверхні. Отже, сила тяжіння залежить від обертання Землі та висоти над рівнем моря, а також від більш дивних параметрів, таких як різниця в щільності надр або силі припливів та відпливів. На Землі на рівні моря (тобто на висоті 0 м) g має значення 9,80665 N.kg -1 .
Визначте вагу предмета
За розрахунком
Якщо об'єкт має масу m, то його вагу P можна обчислити, використовуючи таке співвідношення:
У цій формулі одиницями є:
- м в кілограмах (кг)
- P в Ньютоні (N)
- g - в ньютонах на кілограм (N.kg -1)
Хоча маса незмінна незалежно від системи дослідження, вага є змінною, оскільки значення сили тяжіння є змінним. Дійсно, це значення залежить від зірки, близької до досліджуваного об’єкта, а також від висоти, на якій цей об’єкт знаходиться по відношенню до зірки.
Наприклад, об’єкт масою 1 кг не матиме однакової ваги ні на поверхні Місяця, ні на поверхні Землі. Дійсно, гравітація на Місяці набагато нижча, ніж на Землі: її значення становить приблизно 1,6 Н.кг -1 на Місяці, тоді як на Землі воно становить 9,8 Н.кг -1. Така різниця (місячна гравітація майже в 6 разів менша за земну) пояснюється тим, що місячна маса та радіус набагато менші за земну масу та радіус. Саме це явище дає змогу пояснити зображення космонавтів, що «плавають» над місячним грунтом: сила, необхідна для підняття з землі, є слабкою, оскільки сила, що «знову притягує» космонавта до землі (його вага) також.
За допомогою вимірювання
Вагу можна виміряти за допомогою динамометра. У спрощеному варіанті ця система базується на пружині, жорсткість якої відома. Потім вага буде розрахована за простою формулою типу "сила = жорсткість х подовження", що випливає із закону Гука.
Динамометр - це комбінація пружини (зеленого кольору), прикріпленої до опори. Пружина має відому довжину. Коли предмет розміщений у кінці пружини, пружина розтягується під дією сили тяжіння. Тоді різниця в довжині дає змогу розрахувати цю силу, яка відповідає вазі.
Зв'язок між вагою та вагою
Відповідно до закону тяжіння сила, що діє між двома тілами A і B масою mA і mB, центри ваги яких розділені відстанню d, дорівнює:
Пам’ятайте, що G - гравітаційна стала, розрахована як сила між двома масами по одному кілограму кожна, розділена відстанню в один метр. Він завжди дорівнює G = 6,67 x 10 -11 Нм 2 .kg -2, незалежно від висоти або зірки, на якій ми знаходимося.
Якщо тіло В розташоване поблизу земної поверхні, що відповідає тілу А, то відстань між центром землі і цим тілом відповідає земному радіусу rT, що дорівнює 6371 км.
Якщо тіло А відповідає Землі, то mA відповідає масі Землі mT, що дорівнює 5,97 х 10 24 кг. Потім ми позначаємо масу тіла В просто m.
За цих умов величина обчисленої сили тяжіння відповідає вазі p об’єкта: тоді існує еквівалентність між законом тяжіння та виразом ваги. Отже, вага відповідає гравітаційній силі, що діє на Землю на об’єкт.
Тоді відношення стає:
Якщо ж, навпаки, об’єкт знаходиться на висоті h над рівнем моря, тоді співвідношення стає:
Це дозволяє стверджувати, що вага залежить від висоти, на якій знаходиться об’єкт.
Значення інтенсивності сили тяжіння
Якщо порівняти це відношення із тим, яке ми зазвичай використовуємо для вираження ваги, то можна отримати вираз для інтенсивності гравітації:
Тому ми можемо розрахувати інтенсивність земного тяжіння:
Тому ми знаходимо загальноприйняте середнє значення для інтенсивності земної гравітації. Це значення є дійсним, коли висота об’єкта незначна порівняно з радіусом Землі.
Вам сподобалась стаття ?
Засновник Superprof та інженер, ми намагаємось надати найбільшу базу знань.
Захоплюючись фізикою та хімією та вивчаючи природничі науки в середній школі, я ділюсь своїми уроками (після оновлення їх відповідно до Національної освітньої програми).
Скасувати відповідь
Дуже цікаво, цей сайт. Я хотів би задати питання ... Я живу в західній півкулі, схильний до ураганів ... Пояснюю друзям, що важливо "облякати" їх будинок жерстяною покрівлею, щоб значно покращити силу опору вітру згаданого даху ... Може, ви могли б сказати мені, з яким фізичним явищем пов’язати це, і, можливо, спеціальною математичною формулою? З подякою.
Доброго вечора! Цей сайт дуже цікавий. Також в інтересах своїх досліджень на службі науки я хотів би, якщо це можливо, знати формулу, яка дозволяє обчислити силу, що діє між двома неодимовими магнітами. Один закріплений на підлозі, а другий віддалений (вертикально) на 80 мм. Нехтуючи тертям і боковим викидом.
Будь-ласка, дайте мені відповідь, яка дозволяє замінити відому гравітаційну константу на фіксовану магнітною величиною 10 000 Гауса замість 0,5 Гауса для напруженості магнітного поля Землі.
Буде дуже людяно дати справедливу і корисну відповідь, щоб зробити можливим наукову утопію в інтересах нинішнього та майбутніх поколінь. Ще раз дякую за ваш геній ... З повагою до вашого