Вес тела природа веса физика

Вес и невесомость

Существует различие между силой тяжести m g → и весом тела. Понятие веса широко используется в повседневной жизни.

Вес тела

Исходя из второго закона Ньютона m g → + N → = m a → или N → = m ( a → — g → ) .

Действующая на опору сила P → со стороны тела называется весом тела, а исходя из третьего закона Ньютона, равняется — N → . Тогда он в равноускоренно движущемся лифте равняется

Имеется вектор ускорения a → , направленный по вертикали вниз или вверх. При определении оси О у вертикально вниз, векторное уравнение для P → получает скалярную форму записи

Из формулы видно, что P , g и a рассматриваются как проекции векторов P → , g → и a → на ось O Y . Вертикальное направление оси говорит о том, g = c o n s t > 0 , а P и a принимают положительные и отрицательные значения. Рисунок 1 . 11 . 2 показывает направление вниз вектора ускорения a → при a > 0 .

Рисунок 1 . 11 . 2 . Вес тела в ускоренно движущемся лифте. Вектор ускорения a → направлен вертикально вниз. 1 ) a < g , P < m g ; 2 ) a = g , P = 0 (невесомость); 3 ) a > g , P < 0 .

Формула P = m ( g — a ) указывает на наличие меньшего действия веса тела P , в отличие от силы тяжести при a < g . Когда a >g , вес тела меняет знак на противоположный. Это говорит о прижимании тела не к полу, а к потолку кабины лифта. При падении тело соответствует условиям a = g , то P = 0 . Это состояние получило название невесомости. Его возникновение возможно в кабине космического корабля во время движения по орбите с выключенными реактивными двигателями.

На рисунке 1 . 11 . 3 показано направление вектора ускорения вертикально вверх, откуда следует a < 0 . Очевидно, что вес тела превышает силу тяжести по модулю.

Перегрузка

Перегрузка – это увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса.

Действие перегрузки на себе ощущали космонавты при взлете во время вхождения в плотные слои атмосферы. Также это явление характерно для летчиков, выполняющих фигуры высшего пилотажа.

Рисунок 1 . 11 . 3 . Вес тела в ускоренно движущемся лифте. Вектор ускорения a → направлен вертикально вверх. Вес тела приблизительно в два раза превышает по модулю силу тяжести (двукратная перегрузка).

Рисунок 1 . 11 . 4 . Модель человека в лифте.

Источник

Вес тела

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 $m \overrightarrow <\mathrm>$ и сила реакции опоры $ \overrightarrow $.

По третьему закону Ньютона, тело также действует на опору с равной силой $ \overrightarrow

= – \overrightarrow $ (противоположной по направлению). Эта сила и есть вес тела.

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

$$\overrightarrow + m \overrightarrow <\mathrm> = m \overrightarrow $$

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

Это и есть формула веса тела массой $m$, существующего в условиях гравитации (ускорение свободного падения $\mathrm$), 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 $\mathrm$. Для нахождения перегрузки используется формула:

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.

Источник

Вес тела | теория по физике 🧲 динамика

Вес тела имеет электромагнитную природу (не путать с силой тяжести – она возникает между двумя телами и имеет гравитационную природу!). Обозначается P . Измеряется динамометром. Единица измерения — Н (Ньютон).

Вес имеет направление, противоположное силе реакции опоры или силе натяжения нити. Точкой приложения веса является точка опоры или подвеса: P ↑↓ N или P ↑↓ T .

Согласно III закону Ньютона модуль веса тела определяется одной из следующих формул:

Если тело и опора или подвес неподвижны, то модули силы реакции опоры, силы натяжения подвеса, а также силы упругости равны модулю силы тяжести. Поэтому в неподвижной системе модуль веса неподвижного тела тоже равен модулю силы тяжести:

Если тело находится в состоянии невесомости, его вес равен нулю: P = 0. Это значит, что это тело не оказывает никакого действия ни на подвес, ни на опору.

Пример №1. Гиря массой 1 пуд стоит на полу. Определить вес гири.

Так как гиря покоится, ее вес будет равен модулю силы тяжести. 1 пуд = 16,38 кг. Следовательно:

Перегрузка

Перегрузка — отношение абсолютной величины линейного ускорения, вызванного негравитационными силами, к стандартному ускорению свободного падения на поверхности.

Перегрузка определяется отношением:

Перегрузка возникает, когда система, в которой находится тело, движется с ускорением.

Вес тела в движущейся равноускоренно системе

Вес тела в движущейся системе может быть больше или меньше веса того же тела в системе, которая находится в состоянии покоя:

1. Если система движется равноускоренно в направлении ускорения свободного падения, вес тела меньше веса тела в неподвижной системе: при a ↑↑ g —P < P₀.
2. Если система движется равноускоренно в направлении, противоположном ускорению свободного падения, вес тела больше веса тела в неподвижной системе: при a ↑↓ g —P > P₀.
3. Если система движется с равномерной скоростью (ускорение равно нулю) в любом направлении по отношению к ускорению свободного падения, вес тела равен весу тела в неподвижной системе: при a = 0 —P = P₀.

Применение законов Ньютона для определения веса тела

Опора или подвес неподвижны

N + m g = m a или T + m g = m a

Ускорение опоры направлено вверх

Ускорение опоры направлено вниз

Вершина выпуклого моста

Нижняя точка вогнутого моста

Полный оборот на подвесе

Проекция на ось ОУ в точке А:

Проекция на ось ОУ в точке В:

Пример №2. Автомобиль массой 1000 кг едет по выпуклому мосту с радиусом кривизны 40 м. Какую скорость должен иметь автомобиль в верхней точке моста, чтобы пассажиры в этой точке почувствовали невесомость?

Вес тела в верхней точке выпуклого моста равен:

Чтобы пассажиры почувствовали состояние невесомости, вес тела должен быть равен 0:

Масса не может быть нулевой, поэтому:

Значит, пассажиры в верхней точке моста почувствуют невесомость, если центростремительное ускорение будет равно ускорению свободного падения. Центростремительное ускорение определяется формулой:

Отсюда скорость автомобиля в верхней точке моста должна быть равна:

Четыре одинаковых кирпича массой m каждый сложены в стопку (см. рисунок). Если убрать два верхних кирпича, то модуль силы N, действующей со стороны горизонтальной опоры на первый кирпич, уменьшится на…

Алгоритм решения

Источник