Masa vs. Svars: kāda ir atšķirība un kāpēc tas ir svarīgi

Cilvēki, kuri vēro viņu svaru, varētu apgalvot, ka svari nemelo, bet tas, ko viņi dara cilvēkam, ir vismaz nepareizs nosaukums. Svars fizikas izteiksmē faktiski ir aspēks: Smaguma spēks, kas iedarbojas uz masu. SI spēka vienība ir Ņūttons (N). Savukārt masa ir vielas daudzuma mērs objektā. SI masas vienība ir kilograms (kg).

Tātad tas, kas skalai patiešām jāparāda personai, kura meklē savu svaru, ir vērtībaŅūtons. Zinošajiem fizikas studentiem, kuri paši to vēlas tuvināt; tomēr darbojas šādi darbi: Vienkārši reiziniet kilogramus, ko skala dod ar 10 (vai mārciņām ar 4,5).

Īsumā, galvenā atšķirība starp masu un svaru ir tā, ka masa ir apamatīpašumsobjekta svars nav. Masa nemainās neatkarīgi no tā, kur objekts atrodas, kamēr matērija no tā netiek pievienota vai atņemta. 2300 kg zilonis ir 2300 kg uz Zemes, Mēness un kosmosa vidū.

Savukārt svars ir atkarīgs no atrašanās vietas, jo uz masu iedarbīgais gravitācijas spēks dažādās vietās ir atšķirīgs. 2300 kg smagam zilonim ir a

Vēl viena svarīga atšķirība starp masu un svaru, kas izriet no to definīcijām, ir tāda, ka masa ir askalārsvērtība, jo ar vērtību kilogramos nav saistīts virziens, bet svars ir spēksvektors.Objekta svars vienmēr tiek virzīts tāpat kā gravitācijas spēks.

Masa tehniski ir objekta inerces vai tā pretestības kustībai kvantitatīvs mērs. Jo masīvāks ir objekts, jo mazāk to ietekmē spēki, kas uz to iedarbojas.

Tāpat kā jebkuru spēku, svaru var aprēķināt, izmantojot gravitācijas spēka vienādojumu:

Kurgir gravitācijas paātrinājums Zemes virsmas tuvumā:g =9,8 m / s². Jebkurš objekts, kas nokritis uz jebkuras vietas uz planētas, krīt uz Zemes centru arvien straujāk: katru sekundi par 9,8 m / s ātrāk nekā iepriekšējā sekundē.

Šī formula izskaidro, kāpēc, reizinot masu kilogramos ar 10 (vai mārciņās ar 4,5, lai ņemtu vērā pirmo pārvēršanu SI kg vienībās), tiek ātri tuvināts cilvēka "reālais" svars.

Citur Visumā vērtībagir atšķirīgs, jo paātrinājums gravitācijas dēļ ir liela ķermeņa lokālā gravitācijas lauka rezultāts. Piemēram, uz mazās dzīvsudraba planētasgir tikai 3,7 m / s². Jo tas ir tikai aptuveni 38 procenti noguz Zemes viss, kas atrodas uz Merkura, sver tikai aptuveni 38 procentus no tā, ko tas dara uz Zemes.

Kā stingra definīcija, objekta svars tajā pašā gravitācijas laukā nemainās. Neatkarīgi no tā, vai cilvēks brauc augšā vai lejā liftā, tas patsgpaātrina to pašum, tātadF_gravvai svars būs vienāds.

Patiesībā ir mazas atšķirības vērtībasgdažādās vietās ap lielu ķermeni, piemēram, Ziemeļpolā pret Zemes ekvatoru vai iekšpusē pret Saules virsmu. Bet fizikas studentiem parasti pietiek ar konstantas vērtības tuvināšanu visur gravitācijas laukā.

Tas nozīmē, ka uzmanīgi liftu braucēji, iespējams, tos dažreiz ir pamanījušisajustsmagāks vai vieglāks nekā parasti dažādos brauciena punktos. Viņuacīmredzams​ ​svarimainās, jo viņu ķermeņiem ir inerce vai arī viņi pretojas kustības izmaiņām.

Kad lifts sāk celties, viņu ķermeņi ir nekustīgi un pretojas kustībai uz augšu, liekot uz brīdi justies smagākam, līdz viņi pielāgojas kustībai. Reverss ir spēkā uz brīdi, kad lifts sāk nokāpt. Tomēr nevienā brīdī persona to nedarījafaktiskais svarsmainīt.

Kā ir ar skalas rādījumu tiem pašiem cilvēkiem, kas brauc augšā un lejā pa liftu? Šeit atkal varētu šķist, ka skala ir melīga, taču šoreiz ne tikai ar nepareizu vārdu.

Skala darbojas, mērotneto spēksrīkojoties pēc tā. Kad tas joprojām atrodas uz vannas istabas grīdas, viss svars neto spēkam rodas no gravitācijas spēka, velkot uz skalas stāvošo ķermeni uz leju. Bet uzpaātrinošs lifts,kad lifts sāk paātrināties vai palēnināties, kopējais masas paātrinājums skalā nav tikai nogbet arī no lifta kustības.

Ja lifts paātrinās uz augšu pretējā virzienāg, neto paātrinājums būs nedaudz mazāks parg, kā rezultātā nedaudz mazāks neto spēks (kopšF_tīkls = maun pieņemot, ka lifta paātrinājums ir mazāks parg). Tāpēc skalā tiks parādīts amazāks skaitlisnekā tad, kad vēl ir. Un otrādi, paātrinoties lejup, irpapildu paātrinājumsvirzienāg,kā rezultātā skalā ir lielāks neto spēks, un tas parādīs alielāks skaits​.

Ņemiet vērā, ka tas tā irtaisnība tikai tad, kad lifts paātrinās. Pie nemainīga ātruma uz augšu vai uz leju (uz ko vairums pasažieru varētu cerēt!), Neto paātrinājums un līdz ar to tīrais spēks neatšķiras no skalas, kas nekustās uz vannas istabas grīdas.

Vēl viens vienkāršs veids, kā uzreiz "zaudēt svaru", ir uzlikt skalu uz slīpuma, nevis līdzena uz grīdas. Uzzīmējot brīvā ķermeņa skalas spēku diagrammu un saprotot, kā skala darbojas, atklājas, kāpēc tā ir taisnība.

Atkal skala darbojas, reģistrējot gravitācijas spēku, kas uz to iedarbojas lejup, skalā. Gravitācijas spēks vienmēr ir vērsts uz Zemes centru. Kad skala ir plakana uz vannas istabas grīdas, tā ir tieši uz leju 90 grādu leņķī.

Ja skala ir noliekta, piemēram, sēžot uz rampas 20 grādos, gravitācijas spēks irvairs nav perpendikulāra skalai. Atrodot smaguma spēku tā sastāvdaļās, tas atklājasperpendikulāra sastāvdaļa,tas, kas iet tieši skalā un tādējādi kalpo kā skalas lasījuma avots, irmazāks par kopējo gravitācijas spēku. Tādējādi skalā tiek parādīts amazāks skaitlisslīpi nekā tad, kad ir līdzena uz grīdas.

Masa un svarsnav savstarpēji aizstājami fizikā! Daudzi vienādojumi un jēdzieni ir atkarīgi no objekta masas vai no vairāku objektu masām. Svars ir noderīgs jēdziens tikai Ņūtona fizikas situācijās, piemēram, analizējot spēkus šeit aprakstītajās situācijās.