В повседневной жизни мы очень часто используем слово «вес». Мы говорим: вес продуктов, вес нашего тела. При этом зачастую под словом «вес» подразумевается масса тела. В физике используют термины «вес», «масса» и «сила тяжести», и все они обозначают совершенно разные понятия.
ВЕС ТЕЛА
Давайте рассмотрим тело, подвешенное к динамометру. На само тело действуют сила тяжести и сила упругости пружины. Именно поэтому тело находится в равновесии. Но и растянутая пружина также находится в равновесии, хотя сила упругости, возникающая в ней, стремится вернуть её в первоначальное состояние. То есть не только пружина действует на тело, но и тело действует на пружину с некоторой силой.
Силу, с которой тело, находящееся под действием силы тяжести, действует на опору или подвес, называют весом тела. Таким образом, на крючок динамометра действуют две силы: сила упругости пружины и вес тела.
Вес тела, как и любая сила, — векторная величина. Вес тела обозначают буквой Р. Сила упругости и вес тела имеют противоположные направления: сила упругости направлена вверх, а вес тела вниз. При этом модули этих сил равны: Р = Fупр.
Именно поэтому говорят, что динамометром можно измерять не только силу упругости, но и вес тела. Динамометр также называют пружинными весами.
ВЕС ТЕЛА И СИЛА ТЯЖЕСТИ
Вес возникает в результате притяжения Земли и зависит от состояния движения тела.
Если тело и опора находятся в покое или движутся равномерно и прямолинейно, то вес тела по своему числовому значению равен силе тяжести, действующей на тело: Р = Fтяж или Р = mg, что сила тяжести и вес тела не одно и то же, они имеют различную физическую природу: сила тяжести возникает вследствие взаимодействия тела и Земли, а вес — в результате взаимодействия тела и опоры. Именно поэтому сила тяжести приложена к телу, а вес приложен к опоре или подвесу.
ВЕС ТЕЛА И МАССА
Единицей веса тела, как и любой силы, является ньютон. Вес имеет числовое значение, направление и точку приложения.
Вес тела не следует путать с массой тела, которая измеряется в килограммах и является скалярной величиной, т. е. величиной, не имеющей направления и точки приложения. Так, ребёнок, имеющий массу 30 кг, имеет вес, равный 300 Н, если считать, что g = 10 Н/кг.
ЗАВИСИМОСТЬ ВЕСА ОТ УСЛОВИЙ, В КОТОРЫХ НАХОДИТСЯ ТЕЛО
Вес тела равен по своему числовому значению силе тяжести, если тело находится на неподвижной опоре или опора движется равномерно и прямолинейно. Если же опора вместе с телом движется неравномерно по линии действия силы, т. е. вверх или вниз, то тело действует на опору сильнее или слабее, чем при равномерном движении. В этом случае вес тела может быть больше силы тяжести, меньше ее или равным нулю.
Поднимаясь на скоростном лифте, в самом начале движения мы ощущаем, как нас слегка прижимает к полу. А при спуске нас как будто слегка приподнимает. Дело в том, что при движении лифта вверх вес тела увеличивается, а при движении вниз — уменьшается. Этот факт можно проверить, если подняться или опуститься в лифте стоя на весах.
НЕВЕСОМОСТЬ
Проведем следующий опыт. Подвесим за нитку пружину, а к ней прикрепим груз. В результате пружина растянется. Теперь перережем нить и понаблюдаем за процессом падения пружины вместе с грузом. В течение всего времени падения пружина будет оставаться нерастянутой. Получается, что при падении груз не действует на пружину и, следовательно, его вес в этот момент равен нулю.
Таким образом, свободно падающее тело не действует на свободно падающую вместе с нам пружину. В этом случае вес тела равен нулю.
Про такое тело говорят, что оно находится в состоянии невесомости. При этом сила тяжести по-прежнему действует на тело и заставляет его падать.
Подобные явления наблюдаются и на спутнике, обращающемся вокруг Земли. Сам спутник и все находящиеся в нем тела, включая космонавта, обращаясь вокруг Земли, как бы непрерывно свободно падают на Землю. Вследствие этот, все находящиеся на спутнике тела не действуют на опоры, а подвешенные к пружине не растягивают её. Все предметы находятся в состоянии невесомости. Однако при разгоне космического корабля, когда он выходит на орбиту, или при торможении во время посадки вес космонавта оказывается больше силы тяжести и он испытывает сильные перегрузки.