Вес тела. Единицы силы. Связь силы тяжести и массы
Почему «вес 45 кг» — это не совсем по-физике, что такое вес тела, опора и подвес, формула P = m·g.
Почему в быту говорят «вес 45 кг», а в физике это не совсем правильно
Ученик говорит: «Мой вес — 45 кг». В обычной жизни всем понятно, о чём речь. Но физик поправит: 45 кг — это не вес, а масса.
Почему? Потому что килограмм — единица массы. А вес в физике — это сила. Силу измеряют не в килограммах, а в ньютонах.
Масса тела измеряется в килограммах. Вес тела измеряется в ньютонах.
Напомним: сила — величина, показывающая, насколько сильно одно тело действует на другое. Обозначают силу буквой F, измеряют в ньютонах (Н) — так же в ньютонах измеряют и сила тяжести (Fтяж = m · g, при g ≈ 10 Н/кг), и вес тела, о котором пойдёт речь на этой странице.
Интерактив 1 — «Масса или сила?»
Нажмите на утверждение и проверьте себя.
Что такое вес тела
В физике вес тела — это не просто «сколько килограммов показывают весы».
Вес тела — сила, с которой тело действует на опору или подвес.
Опора — то, на чём тело стоит или лежит: стол, пол, стул, полка.
Подвес — то, на чём тело висит: верёвка, крюк, пружина.
Книга лежит на столе. На книгу действует сила тяжести — Земля тянет её вниз. Но книга не падает, потому что стол её поддерживает. При этом сама книга давит на стол — вот эта сила и есть вес книги.
Сила тяжести действует на книгу со стороны Земли. Вес книги действует на стол со стороны книги. Это разные силы, хоть в спокойной ситуации они и равны по величине.
Интерактив 2 — «Сила тяжести или вес?»
Нажмите на ситуацию и проверьте себя.
Вес тела на опоре и на подвесе
Если тело лежит или стоит на опоре, оно давит на неё: человек давит на пол, книга давит на стол, чашка давит на блюдце. Вес тела на опоре направлен вниз, на опору. Опора в ответ действует на тело вверх — поэтому тело не проваливается.
Если тело подвешено, оно растягивает подвес: груз растягивает пружину, лампа тянет крюк вниз. Вес тела на подвесе направлен вниз, вдоль подвеса. А подвес действует на тело вверх.
Интерактив 3 — «На что действует вес?»
Нажмите на ситуацию и проверьте себя.
Когда вес равен силе тяжести
Если тело спокойно лежит на столе, стоит на полу или висит на неподвижной пружине, вес тела по величине обычно равен силе тяжести:
P = Fтяж = m · g
где P — вес тела, m — масса, g ≈ 10 Н/кг
Например, книга массой 2 кг спокойно лежит на столе: Fтяж = 2 · 10 = 20 Н, значит и вес книги P = 20 Н — книга давит на стол с силой 20 Н.
Интерактив 4 — «Найди вес в спокойной ситуации»
Тело спокойно лежит на опоре. Нажмите на массу и найдите вес.
Когда вес может меняться
Вес тела может отличаться от силы тяжести в необычной ситуации — например, в лифте, который резко трогается или тормозит.
Если лифт резко начинает ехать вверх, кажется, что ты стал тяжелее: сильнее давишь на пол. Если лифт резко едет вниз, кажется, что стал легче. При этом масса не меняется, сила тяжести почти не меняется — меняется именно то, как тело действует на опору, то есть вес.
Интерактив 5 — «Лифт: тяжелее или легче?»
Нажмите на состояние лифта.
Лифт стоит спокойно. Человек давит на пол обычным образом.
Вес обычный
Лифт резко начинает ехать вверх. Человек сильнее давит на пол.
Вес увеличивается
Лифт резко начинает ехать вниз. Человек слабее давит на пол.
Вес уменьшается
Главный интерактив — «Разложи силы»
Выберите сценарий. Справа — схема сил: стрелка ① всегда действует на само тело, ② — тело действует на опору/подвес, ③ — опора/подвес отвечает телу. Определите, какая сила — какая.
Стрелка ① — действует на книгу сверху
Стрелка ② — от тела вниз, на опору
Стрелка ③ — от опоры вверх, на тело
Стрелка ① — действует на груз сверху
Стрелка ② — от тела вниз, на подвес
Стрелка ③ — от подвеса вверх, на тело
Стрелка ① — действует на человека сверху
Стрелка ② — от тела вниз, на опору
Стрелка ③ — от опоры вверх, на тело
Невесомость
Иногда вес может стать равным нулю — это состояние называют невесомостью. Например, в космическом корабле на орбите космонавты находятся в невесомости.
Невесомость — состояние, при котором тело не действует на опору или подвес.
Важно: Земля всё ещё притягивает космонавтов, сила тяжести не исчезает. Но космонавт и корабль движутся вместе, как будто постоянно падают вокруг Земли, поэтому космонавт не давит на пол корабля как обычно — вес становится почти нулевым. Масса при этом никуда не исчезает.
Интерактив 6 — «Что исчезает в невесомости?»
Нажмите на вопрос и проверьте себя.
Как измеряют силу и вес
Силу измеряют прибором динамометр. Внутри него пружина: чем больше сила, тем сильнее она растягивается. Шкала показывает силу в ньютонах.
А бытовые весы показывают килограммы, хотя измеряют через силу давления — весы пересчитывают её в массу. Поэтому в быту говорят «вес 50 кг», а на уроке физики правильнее — «масса 50 кг».
Интерактив 7 — «Что покажет прибор?»
Нажмите на прибор и проверьте себя.
Задачи
Задача 1 — сила тяжести
Масса тела 4 кг. Найдите силу тяжести. g = 10 Н/кг.
m = 4 кг, g = 10 Н/кг
Fтяж = m · g = 4 · 10 = 40 Н
Ответ: 40 Н
Задача 2 — вес тела
Книга массой 2 кг спокойно лежит на столе. Найдите вес книги.
m = 2 кг, g = 10 Н/кг
P = m · g = 2 · 10 = 20 Н
Ответ: книга действует на стол с силой 20 Н
Задача 3 — масса по весу
Вес тела равен 60 Н. Найдите массу тела. g = 10 Н/кг.
P = 60 Н, g = 10 Н/кг
m = P / g = 60 / 10 = 6 кг
Ответ: 6 кг
Задача 4 — рюкзак
Рюкзак массой 5 кг лежит на стуле. С какой силой рюкзак действует на стул?
m = 5 кг, g = 10 Н/кг
P = m · g = 5 · 10 = 50 Н
Ответ: рюкзак действует на стул с силой 50 Н
Мини-опыт 1 — «Почувствуй разницу масс»
Что нужно
Книга, бутылка воды, рюкзак.
Что сделать
Возьми в руку сначала книгу, потом бутылку воды, потом рюкзак.
Что заметишь
Более массивный предмет труднее удерживать: у него больше сила тяжести и, в обычной ситуации, больше вес.
Мини-опыт 2 — «Вес на опоре»
Что нужно
Книга и мягкая губка.
Что сделать
Положи книгу на губку и посмотри, как она сжимается.
Что заметишь
Книга действует на губку и деформирует её — значит, у книги есть вес.
Мини-опыт 3 — «Вес на подвесе»
Что нужно
Резинка или пружинка и небольшой груз.
Что сделать
Подвесь груз к резинке и посмотри, как она растягивается.
Что заметишь
Груз действует на подвес и растягивает его — подвешенное тело тоже имеет вес.
Мини-опыт 4 — «Быстрая проверка с бытовыми весами»
Что нужно
Обычные напольные весы.
Что сделать
Встань на весы спокойно, посмотри показание. Слегка присядь или начни резко подниматься.
Что заметишь
Показания могут кратковременно меняться: при ускорении вверх или вниз меняется сила давления на опору, то есть вес, хотя масса остаётся той же.
Частые ошибки
1
«Вес измеряется в килограммах» — нет. В быту так говорят, но в физике вес — сила, её измеряют в ньютонах. Правильно: масса = 5 кг, вес ≈ 50 Н.
2
«Вес и масса — одно и то же» — нет. Масса — свойство тела, вес — сила, с которой тело действует на опору или подвес.
3
«Сила тяжести и вес — одна и та же сила» — нет. Сила тяжести действует на тело со стороны Земли. Вес действует на опору или подвес со стороны тела.
4
«Если тело лежит на столе, сила тяжести исчезла» — нет. Земля всё равно притягивает тело, просто стол не даёт ему упасть.
5
«В невесомости нет массы» — нет. Масса остаётся. В невесомости тело просто не действует на опору или подвес, поэтому вес может быть равен нулю.
6
«g — это всегда ровно 10» — точнее g ≈ 9,8 Н/кг, но в 7 классе для простоты округляют до 10 Н/кг.
Проверь себяВопрос 1 из 10
правильных ответов из 10
Главное
Масса — в килограммах (кг). Сила, в том числе вес и сила тяжести, — в ньютонах (Н).
Сила тяжести — сила, с которой Земля притягивает тело: Fтяж = m · g.
Вес тела — сила, с которой тело действует на опору или подвес.
В спокойной ситуации: P = Fтяж = m · g, но это разные силы, приложенные к разным телам.
Вес может меняться (например, в лифте), а невесомость — это когда вес равен нулю, хоть масса и сила тяжести остаются.