Маса проти Вага: яка різниця і чому це важливо

Люди, які стежать за своєю вагою, можуть стверджувати, що ваги не брешуть, але те, що вони говорять людині, є, щонайменше, неправильним терміном. Вага, якщо говорити з фізичної точки зору, насправді єсили: Сила тяжіння, що діє на масу. Одиницею сили СІ є ньютони (N). З іншого боку, маса - це міра кількості речовини в об’єкті. Одиницею маси СІ є кілограм (кг).

Отже, те, що шкала повинна насправді показувати людині, яка шукає свою вагу, - це значення вНьютони. Для вибагливих студентів-фізиків, які хочуть це наблизити самі; однак працює наступне: просто помножте кілограми, які дає шкала, на 10 (або фунти на 4,5).

У двох словах, основна різниця між масою та вагою полягає в тому, що маса дорівнюєфундаментальна властивістьпредмета і ваги немає. Маса не змінюється незалежно від того, де знаходиться об’єкт, доки речовина з нього не додається або не віднімається. 2300 кг слона - це 2300 кг на планеті Земля, Місяць і посеред космосу.

З іншого боку, вага залежить від місця розташування, оскільки сила тяжіння, що діє на масу, в різних місцях різна. У слона 2300 кг є

Інша важлива відмінність між масою та вагою, що випливає з їх визначень, полягає в тому, що маса є aскалярзначення, оскільки немає напряму, пов’язаного зі значенням у кілограмах, тоді як вага - це силавектор.Вага предмета завжди спрямована так само, як тяжіння на нього тяжіння.

Технічно маса - це кількісна міра інерції об’єкта або його опору руху. Чим масивніший об'єкт, тим менше на нього впливають сили, що діють на нього.

Як і будь-яка сила, вага може бути розрахована за допомогою рівняння сили тяжіння:

Деg- прискорення під дією сили тяжіння поблизу поверхні Землі:g =9,8 м / с². Будь-який об’єкт, що впав де-небудь на планеті, падає до центру Землі з постійно зростаючою швидкістю: на 9,8 м / с швидше щосекунди, ніж у попередню секунду.

Ця формула пояснює, чому множення маси в кг на 10 (або у фунтів на 4,5, щоб врахувати перше перетворення в одиницю СІ в кг), дає швидке наближення "реальної" ваги людини.

В іншому місці Всесвіту значенняgвідрізняється, оскільки прискорення під дією сили тяжіння є результатом локального гравітаційного поля великого тіла. Наприклад, на крихітній планеті Меркурійgстановить лише 3,7 м / с². Тому що це лише близько 38 відсотківgна Землі будь-що на Меркурії важить лише близько 38 відсотків від того, що робиться на Землі.

Як суворе визначення, вага об’єкта в одному гравітаційному полі не змінюється. Незалежно від того, піднімається чи спускається людина в ліфті, те самеgприскорює те самем, такF_грав, або вага, буде однаковим.

Насправді існують невеликі відмінності у вартостіgв різних місцях навколо великого тіла, наприклад, на Північному полюсі проти екватора на Землі, або у внутрішній частині проти поверхні Сонця. Але наближення постійного значення скрізь у гравітаційному полі зазвичай достатньо для студентів-фізиків.

Тим не менш, спостережливі гонщики ліфтів, можливо, іноді їх помічаливідчувативажче або легше звичайного в різні моменти їзди. Їхочевидний​ ​вагизмінюються, оскільки їх тіла мають інерцію, або вони протистоять змінам їх руху.

Коли ліфт починає підніматися, їхні тіла нерухомі і протистоять руху вгору, змушуючи їх на хвилину відчувати себе важче, поки вони не пристосуються до руху. Зворотне стосується тієї хвилини, коли ліфт починає спускатися. Однак жодного разу цього не сталосяфактична вагазмінити.

А як щодо читання шкали для тих самих людей, які піднімаються та спускаються ліфтом? Тут знову може здатися, що шкала бреше, але на цей раз не просто з неправильним написом.

Вага працює шляхом вимірюваннячиста силадіючи на це. Коли вона все ще знаходиться на підлозі ванної кімнати, вся чиста сила на вазі відбувається від сили тяжіння, що тягне тіло, що стоїть на вазі, вниз. Але наприскорюючий ліфт,коли ліфт починає прискорювати або уповільнювати, загальне прискорення маси на вазі відбувається не лише відgале і від руху ліфта.

Якщо ліфт прискорюється вгору в протилежному напрямкуg, чисте прискорення буде трохи меншим, ніжg, що призводить до дещо меншої чистої сили (оскількиF_чистий = маі припускаючи, що прискорення ліфта менше за величиною, ніжg). Тому шкала відображатиме aменша кількістьніж коли це ще. І навпаки, при прискоренні вниз єдодаткове прискоренняу напрямкуг,в результаті чого більша чиста сила на шкалі, і вона буде відображати aбільша кількість​.

Зауважте, що це таксправедливо лише тоді, коли ліфт прискорюється. При постійній швидкості вгору або вниз (на що може сподіватися більшість пасажирів!), Чисте прискорення і, отже, чиста сила не відрізняється від масштабу, який не рухається на підлозі ванної кімнати.

Ще один простий спосіб миттєво «схуднути» - поставити вагу на нахил, а не на рівну підлогу. Складання діаграми сил вільного тіла на масштабі та розуміння того, як працює масштаб, виявляє, чому це правда.

Знову ж, шкала працює, реєструючи силу тяжіння, що діє на неї вниз, у шкалу. Сила тяжіння завжди спрямована до центру Землі. Коли шкала рівна на підлозі ванної кімнати, вона опускається прямо до 90 градусів.

При нахилі шкали, наприклад, сидячи на пандусі при 20 градусах, сила тяжіння дорівнюєвже не перпендикулярно шкалі. Розкриття сили тяжіння на її складові виявляє цеперпендикулярна складова,той, який йде прямо в шкалу і, таким чином, служить джерелом зчитування шкали, єменше загальної сили тяжіння. Таким чином, шкала відображає aменша кількістьпри нахилі, ніж при рівному положенні на підлозі.

Маса і вагане є взаємозамінні у фізиці! Багато рівнянь і понять залежать від маси об'єкта або від маси декількох об'єктів. Вага - це лише корисне поняття у фізичних ситуаціях Ньютона, як аналіз сил у ситуаціях, описаних тут.