Massa vs. Paino: Mikä on ero ja miksi sillä on merkitystä

Painoa tarkkailevat ihmiset saattavat väittää, että asteikko ei valehtele, mutta se, mitä he kertovat henkilölle, on ainakin väärin. Paino fysiikan kannalta on itse asiassa apakottaa: Massaan vaikuttava painovoima. SI-voimayksikkö on Newtons (N). Massa taas on mitta aineen määrästä esineessä. SI-massayksikkö on kilogramma (kg).

Joten mitä asteikon pitäisi todella näyttää painoa etsivälle henkilölle, on arvoNewtons. Vaativille fysiikan opiskelijoille, jotka haluavat arvioida tämän itse; kuitenkin seuraavat asiat: Kerro vain asteikon antamat kilogrammat 10: llä (tai puntaa 4,5: llä).

Lyhyesti sanottuna tärkein ero massan ja painon välillä on, että massa on aperusomaisuuskohteen paino ja paino eivät ole. Massa ei muutu riippumatta kohteen sijainnista, ennen kuin aine lisätään tai vähennetään siitä. 2300 kg elefantti on 2300 kg maapallolla, Kuulla ja keskellä avaruutta.

Paino puolestaan ​​riippuu sijainnista, koska massaan vaikuttava painovoima on eri paikoissa erilainen. 2300 kg painavalla norsulla on a

Toinen tärkeä ero massan ja painon välillä, joka seuraa niiden määritelmistä, on se, että massa on askalaariarvo, koska arvoon ei ole liitetty suuntaa kilogrammoina, kun taas paino on voimavektori.Kohteen paino suunnataan aina samalla tavalla kuin painovoima vetää sitä.

Massa on teknisesti esineen kvantitatiivinen mitta inertiasta tai sen liikkeenvastuksesta. Mitä massiivisempi esine on, sitä vähemmän siihen vaikuttavat voimat vaikuttavat siihen.

Kuten mikä tahansa voima, paino voidaan laskea käyttämällä painovoiman yhtälöä:

Missägon painovoiman aiheuttama kiihtyvyys lähellä maapalloa:g =9,8 m / s². Mikä tahansa planeetalle pudonnut esine putoaa kohti maapallon keskustaa jatkuvasti kasvavalla nopeudella: 9,8 m / s nopeammin sekunnissa kuin edellinen sekunti.

Tämä kaava selittää, miksi massa kerrottuna kilogrammoina 10: llä (tai lbs: llä 4,5: llä, jotta muunnetaan ensin muunnos SI: n kg-yksiköiksi), saadaan nopeasti likimääräiseksi henkilön "todellinen" paino.

Muualla maailmankaikkeudessa arvogon erilainen, koska painovoimasta johtuva kiihtyvyys on seurausta suuren kehon paikallisesta painovoimakentästä. Esimerkiksi pienellä Merkuruksen planeetallagon vain 3,7 m / s². Koska se on vain noin 38 prosenttiagmaapallolla mikä tahansa elohopea painaa vain noin 38 prosenttia siitä, mitä se tekee maapallolla.

Tiukana määritelmänä objektin paino samassa painovoimakentässä ei muutu. Olipa henkilö menossa ylös tai alas hississä, samagkiihtyy samallam, niinF_gravtai paino on sama.

Todellisuudessa arvon välillä on pieniä erojageri paikoissa suuren ruumiin ympärillä, kuten pohjoisnavalla vs. maapallon päiväntasaaja, tai sisätiloissa verrattuna auringon pintaan. Mutta vakioarvon arvioiminen kaikkialla painovoimakentällä riittää yleensä fysiikan opiskelijoille.

Tarkka hissinkuljettajat ovat saattaneet huomata joskustunteanormaalia raskaampaa tai kevyempää matkan eri kohdissa. Heidänilmeinen​ ​painotovat muuttumassa, koska heidän ruumiillaan on hitaus, tai he vastustavat muutoksia liikkeessään.

Kun hissi alkaa nousta, heidän ruumiinsa ovat paikallaan ja vastustavat ylöspäin suuntautuvaa liikettä, jolloin he tuntevat itsensä raskaammiksi hetkeksi, kunnes ne sopeutuvat liikkumiseen. Käänteinen pätee hetkeksi, kun hissi alkaa laskeutua. Henkilö ei kuitenkaan missään vaiheessa tehnyttodellinen painomuuttaa.

Entä asteikko, josta samat ihmiset menevät ylös ja alas hississä? Tässäkin mittakaava saattaa tuntua valehtelevan, mutta tällä kertaa ei pelkästään väärin.

Asteikko toimii mittaamallanettovoimatoimii sen mukaan. Kun se on edelleen kylpyhuoneen lattialla, koko asteikkoverkon nettovoima syntyy painovoimasta, joka vetää vaa'alla seisovaa kehoa alaspäin. Muttakiihtyvä hissi,kun hissi alkaa kiihtyä tai hidastua, massan kokonaiskiihtyvyys asteikolla ei ole vaingmutta myös hissin liikkeestä.

Jos hissi kiihtyy ylöspäin vastakkaiseen suuntaang, nettokiihtyvyys on hieman pienempi kuing, mikä johtaa hieman pienempään nettovoimaan (vuodesta 2003)F_netto = maja olettaen, että hissin kiihtyvyys on pienempi kuing). Siksi asteikko näyttää apienempi määräkuin silloin, kun se on vielä. Päinvastoin, kun kiihdytetään alaspäin, onlisäkiihtyvyyssuunnassag,mikä johtaa suurempaan nettovoimaan asteikolla, ja se näyttää asuurempi määrä​.

Huomaa, että näin ontotta vain, kun hissi kiihtyy. Tasaisella nopeudella ylös tai alas (jota useimmat matkustajat voivat toivoa!) Nettokiihtyvyys ja siten nettovoima eivät eroa asteikosta, joka ei liiku kylpyhuoneen lattialla.

Toinen helppo tapa "laihtua" välittömästi on laittaa vaaka kaltevalle eikä tasaiselle lattialle. Piirrä mittakaavassa olevien voimien vapaan kehon kaavio ja ymmärrä kuinka asteikko toimii, paljastaa miksi tämä on totta.

Jälleen asteikko toimii rekisteröimällä siihen vaikuttava painovoima alaspäin asteikkoon. Painovoima on aina suunnattu maapallon keskelle. Kun vaaka on tasainen kylpyhuoneen lattialla, se on suoraan alaspäin 90 astetta.

Kun asteikko kallistuu esimerkiksi istuen rampilla 20 astetta, painovoima onei enää kohtisuorassa asteikkoon nähden. Painovoiman purkaminen osiin paljastaa senkohtisuora komponentti,se, joka menee suoraan asteikolle ja toimii siten asteikon lukemisen lähteenä, onpienempi kuin kokonaispainovoima. Siten asteikko näyttää apienempi määräkallistettuna kuin tasaisella lattialla.

Massa ja painoeivät ole vaihdettavissa fysiikassa! Monet yhtälöt ja käsitteet riippuvat kohteen massasta tai useiden esineiden massoista. Paino on vain hyödyllinen käsite Newtonin fysiikan tilanteissa, kuten voimien analysointi tässä kuvatuissa tilanteissa.