Десятый класс → Механика → Гравитационная сила ↓
Вес и кажущийся вес
Гравитация - это фундаментальная концепция в физике, объясняющая притяжение между объектами с массой. Это тема, которая глубоко влияет на нашу повседневную жизнь, начиная с того, как мы ходим, и заканчивая тем, как объекты падают на землю. Здесь мы рассмотрим концепции веса и кажущегося веса, которые являются важными элементами в понимании гравитации. Эти концепции имеют как практические, так и теоретические применения в различных областях физики.
Понимание веса
Вес - это мера силы гравитации, действующей на объект. Он зависит от массы объекта и гравитационного ускорения, действующего на него. В повседневной речи вес часто путают с массой. Однако в физике это разные понятия.
Математически вес (W) является произведением массы (m) и гравитационного ускорения (g). Это можно представить формулой:
W = m × gГде:
W- это вес объекта, измеряемый в ньютонах (Н).m- это масса объекта, измеряемая в килограммах (кг).g- это гравитационное ускорение, которое на Земле составляет около9.8 м/с².
Пример:
Если ваша масса составляет 50 кг, ваш вес на Земле будет равен:
W = 50 кг × 9.8 м/с² = 490 НЭто означает, что Земля оказывает на вас силу в 490 Н, притягивая вас к своему центру.
Нахождение прямого веса
Кажущийся вес - это нормальная сила, приложенная к объекту, или сила, оказываемая поверхностью для поддержания веса объекта. Он может отличаться от фактического веса из-за различных условий, таких как ускорение.
Например, когда вы находитесь в лифте, движущемся вверх, вы чувствуете тяжесть. Это ощущение вызвано увеличением вашего веса из-за движения вверх.
Формула для прямого веса
Кажущийся вес можно вычислить с использованием следующей формулы:
W a = m × (g ± a)Где:
W a- это кажущийся вес.a- это ускорение системы (положительное вверх, отрицательное вниз).
Пример ускорения вверх:
Представьте, что у вас масса 50 кг и вы находитесь в лифте, движущемся вверх с ускорением 2 м/с². Ваш кажущийся вес будет:
W a = 50 кг × (9.8 м/с² + 2 м/с²) = 590 НИз-за ускорения вверх ваш кажущийся вес увеличивается.
Пример ускорения вниз:
Если тот же лифт ускоряется вниз со скоростью 2 м/с², то кажущийся вес становится:
W a = 50 кг × (9.8 м/с² - 2 м/с²) = 390 НВаш кажущийся вес уменьшается, заставляя вас чувствовать себя легче. Если бы лифт находился в свободном падении, ваш кажущийся вес был бы равен нулю, создавая ощущение невесомости.
Визуальные объяснения
Давайте создадим визуальный пример с использованием SVG, чтобы продемонстрировать концепцию веса и кажущейся нагрузки в сценарии с лифтом.
Фигура выше показывает упрощенную иллюстрацию лифта с массой внутри него. Силы, действующие на массу, такие как ее вес и направление ускорения, влияют на ее кажущийся вес.
Невесомость
Понятие невесомости возникает, когда кажущийся вес объекта становится нулевым. Это может происходить в свободном падении или когда объект находится на орбите, так как нет контактной силы, оказываемой поверхностью. Астронавты в космосе испытывают эту невесомость, потому что они находятся в состоянии свободного падения на орбите вокруг Земли.
Чтобы понять, как это работает, представьте себе спутник, вращающийся вокруг Земли. Хотя гравитация действует на спутник, он падает свободно вместе с ним, в результате чего на него не действует нормальная сила. Ощущение, испытываемое астронавтами в этом случае, как будто они плавают.
ПРИМЕНЕНИЯ В РЕАЛЬНОЙ ЖИЗНИ И ПРИМЕРЫ
Концепции нагрузки и кажущейся нагрузки не только теоретические, но и играют важную роль во многих приложениях в реальной жизни.
Весы
Весы или весовые механизмы измеряют ваш прямой вес. Когда вы стоите на весах, весы измеряют нормальную силу, которая зависит от условий ускорения. Это одна из причин, почему, когда вы прыгаете на весы, они показывают более высокое значение на мгновение, потому что вы оказываете дополнительную силу на них во время прыжка.
Важно отметить, что эти устройства обычно не измеряют силу тяжести напрямую, а скорее силу, оказываемую поверхностью весов против вашего веса.
Аттракционы в парке развлечений
Изменение веса явно проявляется на аттракционе американских горок. Когда аттракцион движется вниз, вы можете почувствовать себя легче, а возможно, даже испытать невесомость на короткий момент в верхней части петли. Напротив, когда аттракцион движется вверх, вы можете почувствовать себя тяжелее из-за увеличенного веса.
ФИЗИКА РАКЕТ И КОСМИЧЕСКИХ ПУТЕШЕСТВИЙ
Принципы веса и кажущегося веса важны для понимания динамики ракет и космических путешествий. Когда ракета запускается, ее кажущийся вес чрезвычайно велик из-за быстрого ускорения вверх, необходимого для того, чтобы преодолеть гравитационное притяжение Земли.
На орбите ракета и ее содержимое испытывают невесомость, так как они находятся в состоянии свободного падения вокруг Земли. Это позволяет астронавтам плавать в кабине, что является одновременно увлекательным и сложным для выполнения повседневных задач.
Заключение
Концепции веса и кажущегося веса являются фундаментальными для понимания того, как гравитация влияет на нас и на объекты вокруг нас. Работая через математические примеры и визуальные изображения, мы можем лучше понять основные механики измерения и переживания веса в различных сценариях. С этим знанием мы можем углубиться в более сложные темы в физике и получить твердое понимание того, как гравитационные силы взаимодействуют с массой.
Комментарии