Omša vs. Hmotnosť: Aký je rozdiel a prečo je to dôležité

Ľudia, ktorí sledujú svoju váhu, môžu tvrdiť, že váhy neklamú, ale to, čo povedia človeku, je prinajmenšom nesprávne pomenovanie. Hmotnosť, z hľadiska fyziky, je v skutočnosti asila: Gravitačná sila pôsobiaca na hmotu. SI jednotka sily je Newton (N). Hmotnosť je na druhej strane mierou množstva hmoty v objekte. Jednotkou hmotnosti SI je kilogram (kg).

To, čo by váha mala skutočne zobrazovať osobe, ktorá hľadá svoju váhu, je hodnotaNewtonov. Pre náročných študentov fyziky, ktorí to chcú priblížiť sami; funguje však toto: Stačí vynásobiť kilogramy, ktoré dáva stupnica, o 10 (alebo libier o 4,5).

Stručne povedané, hlavný rozdiel medzi hmotnosťou a hmotnosťou je, že hmotnosť je azákladné vlastníctvopredmetu a váha nie je. Hmotnosť sa nemení bez ohľadu na to, kde sa objekt nachádza, kým sa hmota nepridá alebo neodpočíta. 2 300 kg slona je 2 300 kg na planéte Zem, Mesiaci a uprostred vesmíru.

Hmotnosť na druhej strane závisí od polohy, pretože gravitačná sila pôsobiaca na hmotu je na rôznych miestach odlišná. Slon s hmotnosťou 2 300 kg má a

Ďalším dôležitým rozdielom medzi hmotnosťou a hmotnosťou, ktorý vyplýva z ich definícií, je skutočnosť, že hmotnosť je askalárnyhodnota, pretože s hodnotou v kilogramoch nie je spojený žiadny smer, zatiaľ čo hmotnosť je silavektor.Váha objektu je vždy nasmerovaná rovnakým spôsobom, ako na neho pôsobí gravitácia.

Hmotnosť je technicky kvantitatívnym meradlom zotrvačnosti objektu alebo jeho odolnosti voči pohybu. Čím je objekt masívnejší, tým menej je ovplyvňovaný silami pôsobiacimi na neho.

Ako každá sila, aj hmotnosť sa dá vypočítať pomocou rovnice gravitačnej sily:

Kdegje zrýchlenie spôsobené gravitáciou v blízkosti zemského povrchu:g =9,8 m / s². Akýkoľvek objekt spadnutý kdekoľvek na planéte padá smerom k stredu Zeme neustále sa zvyšujúcim tempom: o 9,8 m / s rýchlejší každú sekundu ako predchádzajúca sekunda.

Tento vzorec vysvetľuje, prečo vynásobenie hmotnosti v kg 10 (alebo v librách 4,5, aby sa zohľadnil prvý prevod na jednotku SI kg) poskytuje rýchlu aproximáciu „skutočnej“ hmotnosti človeka.

Inde vo vesmíre je hodnotagsa líši, pretože gravitačné zrýchlenie je výsledkom lokálneho gravitačného poľa veľkého tela. Na maličkej planéte Merkúr napríkladgje iba 3,7 m / s². Pretože to je len asi 38 percent zgna Zemi čokoľvek na Merkúre váži iba asi 38 percent toho, čo robí na Zemi.

Podľa prísnej definície sa hmotnosť objektu v rovnakom gravitačnom poli nemení. Či už človek ide hore alebo dole vo výťahu, to istégakceleruje rovnakom, takF_gravalebo hmotnosť budú rovnaké.

V skutočnosti existujú malé rozdiely v hodnotegna rôznych miestach okolo veľkého telesa, napríklad na severnom póle oproti rovníku na Zemi alebo vo vnútri proti povrchu Slnka. Ale priblíženie konštantnej hodnoty všade v gravitačnom poli je pre študentov fyziky zvyčajne dostatočné.

To znamená, že si ich občas pozorní vodiči výťahov mohli všimnúťcítiťťažšie alebo ľahšie ako obvykle v rôznych bodoch jazdy. Ichzjavný​ ​závažiasa menia, pretože ich telá majú zotrvačnosť alebo odolávajú zmenám v ich pohybe.

Keď výťah začne stúpať, ich telá sú nehybné a bránia pohybu nahor, vďaka čomu sa na chvíľu cítia ťažšie, kým sa prispôsobia pohybu. Opak platí na chvíľu, keď výťah začne klesať. Avšak v žiadnom okamihu to osoba neurobilaskutočná hmotnosťzmeniť.

Čo čítanie stupnice pre tých istých ľudí, ktorí chodia hore a dole výťahom? Tu sa opäť môže zdať, že škála klame, ale tentokrát nie iba so nesprávnym pomenovaním.

Váha funguje na základe meraniačistá silakonajúc podľa toho. Keď je ešte na podlahe kúpeľne, celá čistá sila na váhe je od gravitačnej sily, ktorá ťahá telo stojace na váhe smerom dole. Ale naurýchľovací výťah,keď sa výťah začne zrýchľovať alebo spomaľovať, celkové zrýchlenie hmoty na váhe nie je iba zgale aj z pohybu výťahu.

Ak výťah zrýchľuje nahor v opačnom smere akog, čisté zrýchlenie bude o niečo menšie akog, čo má za následok o niečo menšiu čistú silu (odF_sieť = maa za predpokladu, že zrýchlenie výťahu je menšie akog). Na váhe sa preto zobrazí amenší početako keď je stále. Naopak, pri akcelerácii nadol existujeďalšie zrýchleniev smereg,výsledkom je väčšia čistá sila na váhe a zobrazí aväčšie číslo​.

Všimnite si, že to jeto platí iba vtedy, keď sa výťah zrýchľuje. Pri konštantnej rýchlosti nahor alebo nadol (v čo môže dúfať väčšina cestujúcich!) Sa čisté zrýchlenie, a teda aj čistá sila, nelíšia od mierky, ktorá sa nepohybuje po podlahe kúpeľne.

Ďalším ľahkým spôsobom, ako okamžite „schudnúť“, je položiť váhu skôr na sklon než na podlahu. Nakreslenie voľného diagramu síl na váhe a pochopenie toho, ako váha funguje, vám odhalí, prečo je to pravda.

Stupnica opäť funguje tak, že registruje gravitačnú silu, ktorá na ňu pôsobí, smerom dole do váhy. Gravitačná sila smeruje vždy do stredu Zeme. Ak je váha na podlahe v kúpeľni rovná, je to priamo nadol o 90 stupňov.

Keď je váha naklonená, napríklad keď sedí na rampe pri 20 stupňoch, gravitačná sila jeuž nie je kolmá na mierku. Rozpoznanie gravitačnej sily na jej súčasti to ukazujekolmá zložka,ten, ktorý ide priamo do stupnice a slúži tak ako zdroj odpočtu stupnice, jemenšia ako celková gravitačná sila. Stupnica teda zobrazuje amenší početkeď je sklonený, ako keď je plochý na podlahe.

Hmotnosť a váhaniesu zameniteľné vo fyzike! Mnoho rovníc a konceptov závisí od hmotnosti objektu alebo od hmotnosti viacerých objektov. Hmotnosť je iba užitočný koncept v situáciách newtonovskej fyziky, ako je napríklad analýza síl v situáciách tu opísaných.