אנשים המתבוננים במשקלם עשויים לטעון שקשקשים אינם משקרים, אך מה שהם אומרים לאדם הוא, לכל הפחות, שם שגוי. משקל, במונחי פיזיקה, הוא למעשה אכּוֹחַ: כוח הכבידה הפועל על מסה. יחידת הכוח SI היא ניוטונים (N). מסה, לעומת זאת, היא מדד לכמות החומר באובייקט. יחידת המסה SI היא הקילוגרם (ק"ג).
אז מה שהסולם אמור להציג לאדם המחפש את משקלו הוא ערךניוטונים. לתלמידי הפיזיקה המבחינים שרוצים לבחון זאת בעצמם; עם זאת, הדברים הבאים עובדים: פשוט הכפל את הקילוגרמים שהסקאלה נותנת ב -10 (או הקילוגרמים ב -4.5).
מה ההבדל בין מסה למשקל?
בקצרה, ההבדל העיקרי בין מסה למשקל הוא שהמסה היא ארכוש יסודישל חפץ ומשקל אינו. מסה לא משתנה ולא משנה היכן נמצא אובייקט עד להוסיף חומר או להפחית ממנו. פיל של 2,300 ק"ג הוא 2,300 ק"ג על כדור הארץ, הירח ובאמצע החלל.
לעומת זאת, המשקל תלוי במיקום שכן כוח הכבידה הפועל על המסה שונה במקומות שונים. לפיל של 2,300 ק"ג ישמִשׁקָלכ- 23,000 N על פני כדור הארץ, אך רק כשישית ממשקלו זה על הירח, ואם הפיל הופקד בחלל העמוק, הרחק מהשפעתו של כל שדה כבידה, לא יהיה לו משקל בכלל.
הבחנה חשובה נוספת בין מסה למשקל הנובעת מהגדרותיהם היא שהמסה היא א
סקלרערך, מכיוון שאין שום כיוון המשויך לערך בקילוגרמים, בעוד שמשקל הוא כוחוֶקטוֹר.משקלו של אובייקט מופנה תמיד באותה צורה שבה כוח המשיכה מושך אותו.מבחינה טכנית מסה היא מדד כמותי לאינרציית האובייקט, או להתנגדותו לתנועה. ככל שאובייקט מסיבי יותר, כך הוא מושפע פחות מכוחות הפועלים עליו.
משקל: כוח הכבידה
כמו כל כוח, ניתן לחשב משקל באמצעות משוואת כוח הכבידה:
F_ {grav} = מ"ג
איפהזהאם התאוצה נובעת מכוח המשיכה בקרבת פני כדור הארץ:g =9.8 מ 'לשנייה2. כל אובייקט שנשמט בכל מקום על פני כדור הארץ נופל לכיוון מרכז כדור הארץ בקצב הולך וגובר: 9.8 מ '/ ש' מהר יותר בשנייה לעומת השנייה הקודמת.
נוסחה זו מסבירה מדוע הכפלת המסה בק"ג ב- 10 (או בק"ג ב- 4.5, כדי להסביר את ההמרה הראשונה ליחידת ה- SI בק"ג) נותנת קירוב מהיר למשקלו "האמיתי" של האדם.
במקום אחר ביקום, הערך שלזשונה מכיוון שהאצה בגלל כוח המשיכה היא תוצאה של שדה הכבידה המקומי של גוף גדול. על כוכב הלכת הזעיר מרקורי, למשל,זהוא רק 3.7 מ 'לשנייה2. כי זה רק כ- 38 אחוזים מה-זעל כדור הארץ, כל דבר על כספית שוקל רק כ -38 אחוז ממה שהוא עושה על כדור הארץ.
משקל לכאורה
כהגדרה קפדנית, משקל האובייקט באותו שדה הכבידה אינו משתנה. בין אם אדם עולה או יורד במעלית, אותו הדברזמאיץ את אותו הדברM, כךFגרב, או משקל, יהיה זהה.
במציאות, ישנם הבדלים קטנים בערך שלזבמיקומים שונים סביב גוף גדול, כמו למשל בקוטב הצפוני מול קו המשווה על פני כדור הארץ, או בפנים לעומת פני השמש. אבל בדרך כלל די בערך של ערך קבוע לכל מקום בתחום כוח המשיכה לתלמידי פיזיקה.
עם זאת, רוכבי מעליות שומרי מצוות אולי הבחינו בכך לפעמיםלהרגישכבד או קל מהרגיל בנקודות שונות בנסיעה. שֶׁלָהֶםנִרְאֶה משקולותמשתנים מכיוון שלגופם יש אינרציה, או שהם מתנגדים לשינויים בתנועה שלהם.
כאשר מעלית מתחילה לעלות, גופם דומם ומתנגד לתנועה כלפי מעלה, גורם להם להרגיש כבדים לרגע עד שהם מסתגלים לתנועה. ההפך נכון לרגע בו המעלית מתחילה לרדת. עם זאת, בשום שלב זה לא עשה האדםמשקל אמיתישינוי.
מאזניים במעלית מאיצה
מה עם קריאת הסולם לאותם אנשים שעולים ויורדים במעלית? גם כאן נראה שהסולם משקר, אך הפעם לא רק בשגיאה.
הסולם פועל על ידי מדידת ה-כוח נטופועל על פי זה. כאשר הוא עדיין נמצא על רצפת חדר האמבטיה, כל הכוח נטו על הסקאלה הוא מכוח המשיכה שמושך את הגוף הניצב על הסולם כלפי מטה. אבל עלמעלית מאיצה,כאשר המעלית מתחילה להאיץ או להאט, התאוצה הכוללת של המסה בקנה מידה אינה רק מזאלא גם מתנועת המעלית.
אם המעלית מואצת כלפי מעלה בכיוון ההפוך שלזהתאוצה נטו תהיה מעט קטנה יותר מאשרזוכתוצאה מכך כוח נטו מעט קטן יותר (מאזFנֶטוֹ = אמאובהנחה שתאוצת המעלית קטנה בעוצמתה מז). לכן הסולם יציג אמספר קטן יותרמאשר כשהוא עדיין. לעומת זאת, כאשר מואצים כלפי מטה, ישתאוצה נוספתבכיוון שלg,וכתוצאה מכך כוח נטו גדול יותר על הסקאלה, והוא יציג אמספר גדול יותר.
שים לב שזהונכון רק כשהמעלית מואצת. במהירות קבועה כלפי מעלה או מטה (שרוב הנוסעים עשויים לקוות לה!), תאוצת הרשת וכך גם כוח הרשת אינו שונה מהקנה המידה שאינו נע על רצפת האמבטיה.
מאזניים בשיפוע
דרך קלה נוספת "לרדת במשקל" באופן מיידי היא לשים אבנית בשיפוע ולא על הרצפה. ציור דיאגרמת גוף חופשי של הכוחות בסולם, והבנת האופן שבו הסולם פועל, מגלה מדוע זה נכון.
שוב, הסולם פועל על ידי רישום כוח הכבידה הפועל עליו כלפי מטה אל הסולם. כוח הכבידה מופנה תמיד לעבר מרכז כדור הארץ. כאשר האבנית שטוחה על רצפת האמבטיה, זה ישירות כלפי מטה ב 90 מעלות.
כאשר הסולם נוטה, למשל, בישיבה על רמפה ב -20 מעלות, כוח הכבידה הואכבר לא בניצב לסולם. פתרון כוח הכובד למרכיביו מגלה זאתהמרכיב הניצב,זה שנכנס ישר לסולם ובכך משמש כמקור לקריאת הסולם, הואקטן מכוח המשיכה הכולל. לפיכך, הסולם מציג אמספר קטן יותרכאשר נוטה מאשר כאשר היא שטוחה על הרצפה.
מדוע לדעת את ההבדל במסה לעומת ענייני משקל
מסה ומשקללא להחלפה בפיזיקה! משוואות ומושגים רבים תלויים במסת האובייקט או במסות העצמים המרובות. משקל הוא רק מושג שימושי במצבי פיזיקה ניוטוניים, כמו ניתוח כוחות במצבים המתוארים כאן.
