Masse vs. Vægt: Hvad er forskellen og hvorfor det betyder noget?

Folk, der ser på deres vægt, kan hævde, at skalaer ikke lyver, men hvad de fortæller en person, er i det mindste en misvisende betegnelse. Vægt, i fysiske termer, er faktisk enkraft: Tyngdekraften, der virker på en masse. SI-kraftenheden er Newton (N). Masse er derimod et mål for mængden af ​​stof i et objekt. SI-masseenheden er kilogram (kg).

Så hvad skalaen virkelig skal vise for en person, der søger deres vægt, er en værdi iNewton. For de kræsne fysikstuderende, der selv vil tilnærme dette; dog fungerer følgende: Multiplicer bare de kilo, som skalaen giver med 10 (eller pundene med 4,5).

I en nøddeskal er den største forskel mellem masse og vægt, at masse er agrundlæggende ejendomaf en genstand, og vægten er ikke. Masse ændrer sig ikke, uanset hvor et objekt er placeret, før stof tilføjes eller trækkes fra det. En 2300 kg elefant er 2.300 kg på planeten Jorden, månen og midt i rummet.

Vægt afhænger derimod af placering, da tyngdekraften, der virker på massen, er forskellig på forskellige steder. En elefant på 2.300 kg har en

En anden vigtig skelnen mellem masse og vægt, der følger af deres definitioner, er at masse er askalarværdi, da der ikke er nogen retning forbundet med en værdi i kg, mens vægten er en kraftvektor.En genstands vægt er altid rettet på samme måde som tyngdekraften trækker på den.

Masse teknisk set er et kvantitativt mål for et objekts inerti eller dets modstandsdygtighed over for bevægelse. Jo mere massivt et objekt er, desto mindre påvirkes det af kræfter, der virker på det.

Som enhver kraft kan vægten beregnes ved hjælp af gravitationskraftligningen:

Hvorger accelerationen på grund af tyngdekraften nær jordens overflade:g =9,8 m / s². Ethvert objekt, der tabes et vilkårligt sted på planeten, falder i retning af midten af ​​jorden i en stadigt stigende hastighed: 9,8 m / s hurtigere hvert sekund end det foregående sekund.

Denne formel forklarer, hvorfor multiplikation af masse i kg med 10 (eller i kg med 4,5 for at tage højde for først at konvertere til SI-enheden på kg) giver en hurtig tilnærmelse af en persons "reelle" vægt.

Andetsteds i universet, værdien afger anderledes, da acceleration på grund af tyngdekraft er et resultat af et stort legems lokale tyngdefelt. På den lille planet Merkur, f.eks.ger kun 3,7 m / s². Fordi det kun er omkring 38 procent afgpå jorden vejer alt på kviksølv kun omkring 38 procent af det, det gør på jorden.

Som en streng definition ændres et objekts vægt i det samme tyngdefelt ikke. Uanset om en person går op eller ned i en elevator, det sammegaccelererer det sammem, såF_grav, eller vægt, vil være den samme.

I virkeligheden er der små forskelle i værdien afgpå forskellige steder omkring en stor krop, såsom ved Nordpolen kontra ækvator på Jorden eller i det indre kontra på Solens overflade. Men tilnærmelse af en konstant værdi overalt i et tyngdefelt er normalt tilstrækkelig for fysikstuderende.

Når det er sagt, har opmærksomme elevatører måske bemærket, at de nogle gangeføletungere eller lettere end normalt på forskellige punkter i turen. Derestilsyneladende​ ​vægteforandrer sig, fordi deres kroppe har inerti, eller de modstår ændringer i deres bevægelse.

Når en elevator begynder at stige, er deres kroppe stille og modstår den opadgående bevægelse, hvilket får dem til at føle sig tungere et øjeblik, indtil de tilpasser sig bevægelse. Det modsatte gælder for et øjeblik, når elevatoren begynder at falde ned. Men på intet tidspunkt gjorde personen detfaktisk vægtlave om.

Hvad med læsningen af ​​skalaen for de samme mennesker, der går op og ned i elevatoren? Også her ser skalaen måske ud til at lyve, men denne gang ikke bare med en misvisende betegnelse.

Vægten fungerer ved at målenettokrafthandler på det. Når det stadig er på badeværelsesgulvet, er hele nettokraften på vægten fra tyngdekraften, der trækker kroppen, der står på skalaen nedad. Men på enaccelererende elevator,når elevatoren begynder at fremskynde eller bremse, er den samlede acceleration af massen på skalaen ikke kun fragmen også fra elevatorens bevægelse.

Hvis elevatoren accelererer opad i den modsatte retning afgvil nettoacceleration være lidt mindre endg, hvilket resulterer i en lidt mindre nettokraft (sidenF_net = maog forudsat at elevatorens acceleration er mindre i størrelse endg). Vægten viser derfor enmindre antalend når det er stille. Omvendt, når der accelereres nedad, er deryderligere accelerationi retning afg,hvilket resulterer i en større nettokraft på skalaen, og den viser enstørre antal​.

Bemærk, at dette erkun sandt når elevatoren accelererer. Ved en konstant hastighed op eller ned (som de fleste passagerer måske håber på!), Adskiller nettoaccelerationen og dermed nettokraften sig ikke fra skalaen, der ikke bevæger sig på badeværelsesgulvet.

En anden nem måde at øjeblikkeligt "tabe sig" er at placere en skala på en skråning snarere end flad på gulvet. Tegning af et frit legemsdiagram over kræfterne på skalaen og forståelse af, hvordan skalaen fungerer, afslører hvorfor dette er sandt.

Igen fungerer skalaen ved at registrere tyngdekraften, der virker på den nedad i skalaen. Tyngdekraften er altid rettet mod Jordens centrum. Når vægten er flad på badeværelsesgulvet, er dette direkte nedad i 90 grader.

Når skalaen dog vippes, f.eks. Når man sidder på en rampe ved 20 grader, er tyngdekraftenikke længere vinkelret på skalaen. At løse tyngdekraften i dens komponenter afslører detden vinkelrette komponent,den der går lige ind i skalaen og dermed tjener som kilde til skalaens læsning, ermindre end den samlede tyngdekraft. Således viser skalaen enmindre antalnår det er skråt, end når det er fladt på gulvet.

Masse og vægter ikke udskiftelig i fysik! Mange ligninger og begreber afhænger af et objekts masse eller af flere objekters masser. Vægt er kun et nyttigt begreb i Newtons fysiske situationer, som at analysere kræfter i de situationer, der er beskrevet her.