Mass vs. Vikt: Vad är skillnaden och varför det spelar roll?

Människor som tittar på deras vikt kan hävda att skalor inte ljuger, men vad de säger till en person är åtminstone en felaktig benämning. Vikt, i fysik termer, är faktiskt entvinga: Tyngdkraften som verkar på en massa. SI-kraftenheten är Newton (N). Massa å andra sidan är ett mått på mängden materia i ett objekt. SI-massenheten är kilo (kg).

Så vad skalan verkligen ska visa för en person som söker sin vikt är ett värde iNewton. För de kräsna fysikstudenterna som själva vill approximera detta; dock fungerar följande: Multiplicera bara de kilo som skalan ger med 10 (eller punden med 4,5).

I ett nötskal är den största skillnaden mellan massa och vikt att massan är agrundläggande egendomav ett objekt och vikt är inte. Massa ändras inte oavsett var ett objekt ligger tills materia läggs till eller subtraheras från det. En 2300 kg elefant är 2300 kg på planeten Jorden, månen och mitt i rymden.

Vikt beror däremot på plats eftersom tyngdkraften som verkar på massan är olika på olika platser. En 2300 kg elefant har en

En annan viktig skillnad mellan massa och vikt som följer av deras definitioner är att massa är askalärvärde, eftersom det inte finns någon riktning associerad med ett värde i kg, medan vikten är en kraftvektor.Ett objekts vikt riktas alltid på samma sätt som tyngdkraften drar på det.

Mass är tekniskt sett ett kvantitativt mått på ett objekts tröghet eller dess motståndskraft mot rörelse. Ju mer massivt ett objekt desto mindre påverkas det av krafter som verkar på det.

Som vilken kraft som helst kan vikt beräknas med gravitationskraftsekvationen:

Vargär accelerationen på grund av tyngdkraften nära jordens yta:g =9,8 m / s². Varje föremål som tappas var som helst på planeten faller mot jordens centrum i en allt högre hastighet: 9,8 m / s snabbare varje sekund än föregående sekund.

Denna formel förklarar varför att multiplicera massa i kg med 10 (eller i kg med 4,5, för att ta hänsyn till den första omvandlingen till SI-enheten på kg) ger en snabb uppskattning av en persons "riktiga" vikt.

På andra håll i universum, värdet avgär annorlunda, eftersom acceleration på grund av tyngdkraften är ett resultat av en stor kropps lokala gravitationsfält. På den lilla planeten Mercury, till exempelgär bara 3,7 m / s². För det är bara cirka 38 procent avgpå jorden väger allt på kvicksilver bara cirka 38 procent av vad det gör på jorden.

Som en strikt definition ändras inte ett objekts vikt i samma gravitationsfält. Oavsett om en person går upp eller ner i en hiss, detsammagaccelererar detsammam, såF_grav, eller vikt, kommer att vara densamma.

I verkligheten finns det små skillnader i värdet avgpå olika platser runt en stor kropp, till exempel vid nordpolen kontra ekvatorn på jorden, eller i det inre kontra på solens yta. Men att approximera ett konstant värde för överallt i ett gravitationsfält är vanligtvis tillräckligt för fysikstudenter.

Med detta sagt kan observanta hissförare ha märkt att de iblandkännatyngre eller lättare än normalt på olika punkter i resan. Derasskenbar​ ​vikterförändras för att deras kroppar har tröghet eller motstår förändringar i deras rörelse.

När en hiss börjar stiga är deras kroppar stilla och motstår den uppåtgående rörelsen, vilket gör att de känner sig tyngre ett ögonblick tills de anpassar sig till rörelse. Det motsatta gäller för en stund när hissen börjar sjunka. Men vid ingen tidpunkt gjorde personen detfaktisk viktförändra.

Vad sägs om avläsningen av skalan för samma personer som går upp och ner i hissen? Även här kan skalan tyckas ligga, men den här gången inte bara med en felaktig benämning.

Skalan fungerar genom att mätanettokraftagerar på det. När det fortfarande är på badrumsgolvet är hela nettokraften på vågen från tyngdkraften som drar kroppen som står på vågen nedåt. Men på enaccelererande hiss,när hissen börjar påskynda eller sakta ner, är den totala accelerationen av massan inte bara frångmen också från hissens rörelse.

Om hissen accelererar uppåt i motsatt riktninggkommer nettoacceleration att vara något mindre äng, vilket resulterar i en något mindre nettokraft (sedanF_netto = maoch antar att hissens acceleration är mindre äng). Skalan visar därför enmindre antalän när det är stilla. Omvänt, när det accelererar nedåt, finns detytterligare accelerationi riktning motg,vilket resulterar i en större nettokraft på skalan och den visar enstörre antal​.

Observera att detta ärbara sant när hissen accelererar. Vid konstant hastighet uppåt eller nedåt (som de flesta passagerare kanske hoppas på!) Skiljer sig nätacceleration och därmed nettokraften inte från den skala som inte rör sig på badrumsgolvet.

Ett annat enkelt sätt att omedelbart "gå ner i vikt" är att sätta en våg snarare än platt på golvet. Att rita ett frikroppsdiagram över krafterna på skalan och förstå hur skalan fungerar avslöjar varför detta är sant.

Återigen fungerar vågen genom att registrera tyngdkraften som verkar på den nedåt i vågen. Tyngdkraften är alltid riktad mot jordens centrum. När vågen är platt på badrumsgolvet är den direkt nedåt i 90 grader.

När skalan lutas men till exempel sitter på en ramp i 20 grader är tyngdkrafteninte längre vinkelrätt mot skalan. Att lösa tyngdkraften i dess komponenter avslöjar detden vinkelräta komponenten,den som går rakt in i skalan och därmed fungerar som källan till skalans läsning, ärmindre än den totala tyngdkraften. Således visar skalan enmindre antalvid lutning än när den är platt på golvet.

Massa och viktär inte utbytbara i fysik! Många ekvationer och begrepp beror på ett objekts massa eller på flera objektsmassor. Vikt är bara ett användbart begrepp i Newtons fysiksituationer, som att analysera krafter i de situationer som beskrivs här.