Маса срещу Тегло: Каква е разликата и защо е важно

Хората, които следят теглото си, може да твърдят, че везните не лъжат, но това, което казват на човек, е най-малкото погрешно име. Теглото, по отношение на физиката, всъщност есила: Силата на гравитацията, действаща върху маса. Силовата единица SI е нютон (N). Масата, от друга страна, е мярка за количеството материя в даден обект. Единицата за маса SI е килограм (kg).

Така че това, което везната наистина трябва да покаже на човек, който търси теглото си, е стойност вНютони. За взискателните студенти по физика, които искат сами да го сближат; обаче, следното работи: Просто умножете килограмите, които скалата дава по 10 (или килограмите по 4,5).

Накратко, основната разлика между масата и теглото е, че масата е aосновно свойствона обект и тегло не е. Масата не се променя, независимо къде се намира обект, докато материята не се добави или извади от него. 2300 кг слон е 2300 кг на планетата Земя, Луната и в средата на космоса.

От друга страна, теглото зависи от местоположението, тъй като гравитационната сила, действаща върху масата, е различна в различните места. 2300 кг слон има

Друго важно разграничение между маса и тегло, което следва от техните дефиниции, е, че масата е aскаларенстойност, тъй като няма посока, свързана със стойност в килограми, докато теглото е силавектор.Теглото на обекта винаги е насочено по същия начин, както гравитацията го дърпа.

Масата технически е количествена мярка за инерцията на обекта или неговата устойчивост на движение. Колкото по-масивен е даден обект, толкова по-малко той се влияе от силите, действащи върху него.

Както всяка сила, теглото може да се изчисли, като се използва уравнението на гравитационната сила:

Къдетоже ускорението поради гравитацията близо до повърхността на Земята:g =9,8 m / s². Всеки обект, изпуснат навсякъде на планетата, пада към центъра на Земята с непрекъснато нарастваща скорост: 9,8 m / s по-бързо всяка секунда от предишната секунда.

Тази формула обяснява защо умножаването на масата в kg по 10 (или в lbs по 4.5, за да се отчете първо превръщането в SI единица kg) дава бързо приближение на "реалното" тегло на човек.

На друго място във Вселената стойността наже различно, тъй като ускорението поради гравитацията е резултат от локалното гравитационно поле на голямо тяло. На малката планета Меркурий, например,же само 3,7 m / s². Защото това е само около 38 процента отжна Земята всичко на Меркурий тежи само около 38 процента от това, което прави на Земята.

Като строга дефиниция, теглото на обекта в същото гравитационно поле не се променя. Независимо дали човек се качва или слиза в асансьор, същотожускорява същотом, такаF_{гравитация}, или теглото, ще бъде същото.

В действителност има малки разлики в стойността нажна различни места около голямо тяло, като например на Северния полюс срещу екватора на Земята или във вътрешността спрямо повърхността на Слънцето. Но приближаването на постоянна стойност за навсякъде в гравитационното поле обикновено е достатъчно за студентите по физика.

Въпреки това, наблюдателните ездачи на асансьори може да са забелязали, че понякогаУсещампо-тежък или по-лек от нормалното в различни точки на карането. Техеночевидно​ ​тежестисе променят, защото телата им имат инерция или се противопоставят на промените в движението си.

Когато асансьорът започне да се издига, телата им са неподвижни и се противопоставят на движението нагоре, което ги кара да се чувстват по-тежки за момент, докато се приспособят към движение. Обратното е вярно за момент, когато асансьорът започне да се спуска. Въпреки това, в нито един момент не е направил този на човекадействително теглопромяна.

Ами четенето на скалата за същите хора, които се качват и слизат в асансьора? Тук отново може да изглежда, че скалата лъже, но този път не просто с погрешно наименование.

Скалата работи чрез измерване нанетна силадействайки по него. Когато все още е на пода на банята, цялата нетна сила върху везната е от силата на гравитацията, която дърпа тялото, стоящо на везната надолу. Но наускоряващ асансьор,когато асансьорът започне да ускорява или забавя, общото ускорение на масата на везната не е само отжно и от движението на асансьора.

Ако асансьорът се ускорява нагоре в посока, обратна наж, нетното ускорение ще бъде малко по - малко отж, което води до малко по-малка нетна сила (тъй катоF_нето = маи ако приемем, че ускорението на асансьора е по-малко отж). Следователно скалата ще показва aпо-малък бройотколкото когато е все още. И обратно, когато се ускорява надолу, имадопълнително ускорениев посокаg,в резултат на по-голяма нетна сила върху скалата и тя ще покаже aпо-голям брой​.

Имайте предвид, че това евярно само когато асансьорът се ускорява. При постоянна скорост нагоре или надолу (на което може да се надяват повечето пътници!), Нетното ускорение и по този начин нетната сила не се различава от скалата, която не се движи по пода на банята.

Друг лесен начин за незабавно „отслабване“ е поставянето на везната под наклон, а не плоска на пода. Изчертаването на диаграма на свободното тяло на силите върху скалата и разбирането как работи скалата разкрива защо това е вярно.

Отново скалата работи, като регистрира силата на гравитацията, действаща върху нея надолу, в скалата. Силата на гравитацията винаги е насочена към центъра на Земята. Когато везната е плоска на пода на банята, това е направо надолу при 90 градуса.

Когато мащабът е наклонен обаче, например седнал на рампа на 20 градуса, силата на гравитацията евече не перпендикулярно на скалата. Разрешаването на силата на гравитацията в нейните компоненти разкрива товаперпендикулярният компонент,този, който отива направо в скалата и по този начин служи като източник на отчитането на скалата, епо-малка от общата сила на гравитацията. По този начин, скалата показва aпо-малък бройкогато е наклонен, отколкото когато е плосък на пода.

Маса и теглоне са взаимозаменяеми във физиката! Много уравнения и концепции зависят от масата на обекта или от масите на множество обекти. Теглото е само полезна концепция в нютоновите физически ситуации, като анализ на силите в ситуациите, описани тук.