ადამიანები, რომლებიც მათ წონას უყურებენ, შეიძლება ამტკიცონ, რომ სასწორი არ იტყუება, მაგრამ ის, რასაც ისინი ადამიანს ეუბნებიან, სულ მცირე, მცდარი სახელია. წონა, ფიზიკის თვალსაზრისით, სინამდვილეში არისძალა: სიმძიმის ძალა, რომელიც მოქმედებს მასაზე. SI ძალის ერთეულია ნიუტონი (N). მეორეს მხრივ, მასა არის ობიექტის მატერიის რაოდენობის საზომი. SI მასის ერთეული არის კილოგრამი (კგ).
რა მასშტაბები უნდა აჩვენოს სინამდვილეში ადამიანს, რომელიც ეძებს თავის წონას, არის მნიშვნელობანიუტონები. ფიზიკის გამჭრიახი სტუდენტებისათვის, რომელთაც სურთ ამის მიახლოება თვითონ; შემდეგი სამუშაოები: უბრალოდ გავამრავლოთ კილოგრამები, მასშტაბი იძლევა 10-ზე (ან ფუნტი 4,5-ზე).
რა განსხვავებაა მასასა და წონას შორის?
მოკლედ რომ ვთქვათ, მასასა და წონას შორის მთავარი განსხვავება არის ის, რომ მასა არის aფუნდამენტური საკუთრებაობიექტისა და წონის არ არის. მასა არ იცვლება, არ აქვს მნიშვნელობა სად მდებარეობს ობიექტი, სანამ მასა არ დაემატება ან არ გამოვაკლდება მას. 2,300 კგ სპილო არის 2,300 კგ პლანეტა დედამიწაზე, მთვარეზე და შუა სივრცეში.
მეორეს მხრივ, წონა დამოკიდებულია ადგილმდებარეობაზე, ვინაიდან მასაზე მოქმედი გრავიტაციული ძალა სხვადასხვა ადგილას განსხვავებულია. 2300 კგ სპილოს აქვს აწონადედამიწის ზედაპირზე დაახლოებით 23,000 N, მაგრამ მთლიანი მთლიანი წონის მხოლოდ ერთი მეექვსედი და, თუ არის სპილო ღრმა სივრცეში იყო განთავსებული, რაიმე გრავიტაციული ველის გავლენისგან შორს, მას წონა არ ექნებოდა საერთოდ.
კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი განსხვავება მასასა და წონას შორის, რაც გამომდინარეობს მათი განმარტებებიდან, არის ის, რომ მასა არის aსკალარულიმნიშვნელობა, რადგან არ არსებობს მიმართულება ასოცირებული მნიშვნელობით კილოგრამებში, ხოლო წონა არის ძალავექტორი.ობიექტის წონა ყოველთვის მიმართულია ისე, როგორც მას სიმძიმე უბიძგებს მასზე.
მასა ტექნიკურად არის ობიექტის ინერციის, ან მისი მოძრაობისადმი მდგრადობის რაოდენობრივი საზომი. რაც უფრო მასიურია ობიექტი, მით ნაკლებად მოქმედებს მასზე მოქმედი ძალები.
წონა: სიმძიმის ძალა
ნებისმიერი ძალის მსგავსად, წონის გამოანგარიშება ხდება გრავიტაციული ძალის განტოლების გამოყენებით:
F_ {grav} = მგ
სადგარის აჩქარება დედამიწის ზედაპირთან მიზიდულობის გამო:გ =9,8 მ / წმ2. პლანეტაზე სადმე ჩამოვარდნილი ნებისმიერი ობიექტი დედამიწის ცენტრისკენ მიდის მუდმივად მზარდი სიჩქარით: 9.8 მ / წმ ყოველ წამში უფრო სწრაფად, ვიდრე წინა წამი.
ეს ფორმულა განმარტავს, თუ რატომ ხდება მასის კგ-ზე გამრავლება 10-ზე (ან lbs- ზე 4,5-ზე, პირველ რიგში SI კგ-ზე გადაკეთებისას) იძლევა ადამიანის "რეალური" წონის სწრაფ მიახლოებას.
სამყაროს სხვაგან, მნიშვნელობაგგანსხვავებულია, რადგან სიმძიმის გამო აჩქარება დიდი სხეულის ადგილობრივი გრავიტაციული ველის შედეგია. მაგალითად, პატარა პლანეტაზე მერკური,გმხოლოდ 3,7 მ / წმ2. რადგან ეს მხოლოდ 38 პროცენტიაგდედამიწაზე მერკურიზე ყველაფერი იწონის დედამიწაზე მხოლოდ 38 პროცენტს.
აშკარა წონა
როგორც მკაცრი განმარტება, ობიექტის წონა იმავე გრავიტაციულ ველში არ იცვლება. ადამიანი ლიფტში მიდის თუ ქვემოთ, იგივეგაჩქარებს იგივემ, ისევგრავიტაცია, ან წონა, იგივე იქნება.
სინამდვილეში, მცირე განსხვავებებია ღირებულებაშიგდიდი სხეულის გარშემო სხვადასხვა ადგილას, მაგალითად ჩრდილოეთ პოლუსთან დედამიწაზე არსებულ ეკვატორთან, ან ინტერიერში მზის ზედაპირზე. მაგრამ გრავიტაციული ველის ყველგან მუდმივი მნიშვნელობის მიახლოება, როგორც წესი, საკმარისია ფიზიკის სტუდენტებისთვის.
როგორც თქვა, შესაძლოა, ლიფტის დამცველებმა ზოგჯერ შენიშნეს ისინიგრძნობენმგზავრობის სხვადასხვა წერტილში ნორმაზე მძიმე ან მსუბუქი. მათიაშკარაა წონაიცვლება, რადგან მათ სხეულებს აქვთ ინერცია, ან ისინი წინააღმდეგობას უწევენ მოძრაობის ცვლილებებს.
როდესაც ლიფტი იწყებს აწევას, მათი სხეულები ისევ უწევენ წინააღმდეგობას და ზევით მოძრაობას ეწინააღმდეგებიან, რაც მათ ერთი წუთით უფრო მძიმედ გრძნობს თავს, სანამ მოძრაობას არ მოერგებიან. პირიქითაა მართალი იმ მომენტში, როდესაც ლიფტი დაეშვას. ამასთან, არცერთ მომენტში არ დაუშვია ეს ადამიანირეალური წონაცვლილება.
სასწორები დაჩქარებულ ლიფტზე
რას იტყვით მასშტაბის კითხვაზე იმავე ადამიანებისთვის, რომლებიც ლიფტში ადიან და ჩამოდიან? აქ ისევ შეიძლება აღმოჩნდეს, რომ მასშტაბი ტყუილია, მაგრამ ამჯერად არა უბრალოდ არასწორი სახელით.
მასშტაბი მოქმედებს გაზომვითწმინდა ძალამოქმედებს მასზე. როდესაც ის ჯერ კიდევ სველი წერტილის იატაკზეა, მასშტაბის მთლიანი წმინდა ძალა არის სიმძიმის ძალისაგან, რომელიც სასწორზე მდგარ სხეულს ქვევით უბიძგებს. მაგრამაჩქარებული ლიფტი,როდესაც ლიფტი იწყებს დაჩქარებას ან შენელებას, მასშტაბის მასის მთლიანი აჩქარება არ არის მხოლოდგარამედ ლიფტის მოძრაობიდან.
თუ ლიფტი ზემოთ აჩქარებს საპირისპირო მიმართულებითგ, წმინდა აჩქარება ოდნავ ნაკლები იქნება, ვიდრეგ, რის შედეგადაც შეიქმნა ოდნავ მცირე ძალა (მას შემდეგ რაცვწმინდა = მადა ვივარაუდოთ, რომ ლიფტის აჩქარება უფრო მცირეა ვიდრეგ). მაშასადამე, მასშტაბი აჩვენებსუფრო მცირე რიცხვივიდრე ჯერ კიდევ. პირიქით, დაღმავალი აჩქარებისას, არსებობსდამატებითი აჩქარებამიმართულებითგ,რის შედეგადაც მასშტაბის უფრო დიდი წმინდა ძალა გამოიყოფა და ის აჩვენებს აუფრო დიდი რიცხვი.
გაითვალისწინეთ, რომ ეს არისმართალია მხოლოდ მაშინ, როდესაც ლიფტი ჩქარდება. მუდმივი სიჩქარით ზემოთ ან ქვემოთ (რისი იმედიც შეიძლება ჰქონდეს უმეტეს მგზავრს!), წმინდა აჩქარება და, შესაბამისად, წმინდა ძალა არ განსხვავდება მასშტაბისაგან, რომელიც არ მოძრაობს აბაზანის იატაკზე.
სასწორები დახრილობაზე
მყისიერად "წონის დაკარგვის" კიდევ ერთი მარტივი გზაა სასწორის დადება დახრილზე და არა იატაკზე სიბრტყეზე. მასშტაბის ძალების თავისუფალი სხეულის სქემის შედგენა და მასშტაბის მუშაობის გაგება ცხადყოფს, თუ რატომ არის ეს სიმართლე.
ისევ, სასწორი მუშაობს მასზე მოქმედი სიმძიმის ძალის რეგისტრირებით, მასშტაბით. მიზიდულობის ძალა ყოველთვის მიმართულია დედამიწის ცენტრისკენ. როდესაც სასწორი ბრტყელია აბაზანის იატაკზე, ეს პირდაპირ ქვევით არის 90 გრადუსზე.
როდესაც მასშტაბი დახრილია, მაგალითად, ჩასასვლელზე 20 გრადუსზე ზის, სიმძიმის ძალაააღარ არის მასშტაბის პერპენდიკულარული. სიმძიმის ძალის გადატანა მის კომპონენტებში ცხადყოფს, რომპერპენდიკულარული კომპონენტი,ის, რომელიც პირდაპირ მასშტაბში გადადის და, ამრიგად, მასშტაბის კითხვის წყაროს წარმოადგენსსიმძიმის საერთო ძალაზე მცირე. ამრიგად, მასშტაბი აჩვენებს აუფრო მცირე რიცხვიროდესაც დახრილი ვიდრე იატაკზე დაბლა.
რატომ იცოდეთ მასობრივი განსხვავება vs. წონა
მასა და წონაარ არის ურთიერთშემცვლელნი ფიზიკაში! მრავალი განტოლება და ცნება დამოკიდებულია ობიექტის მასაზე ან მრავალ ობიექტის მასაზე. წონა მხოლოდ სასარგებლო ცნებაა ნიუტონის ფიზიკის სიტუაციებში, მაგალითად, ძალების ანალიზი აქ აღწერილ სიტუაციებში.