Из-за притяжения Земли все тела имеют вес.
Сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес, называют весом.
Рис. (1). Тело на опоре, тело на подвесе
Вес тела обозначают (P) и измеряют в ньютонах ((H)).
Вес неподвижного тела равен
P=mg
.
Формула определения веса неподвижного тела точно такая же, как и формула силы тяжести (см. предыдущую тему «Сила. Сила тяжести»). Однако вес тела и сила тяжести — не одно и то же.
Рис. (2). Сила тяжести и вес тела
Например, сила тяжести свободно падающего трёхкилограммового кирпича приблизительно составляет (30) (H), ((F = mg)), а его вес (P) в момент падения равен (0) (H) (так как кирпич находится в состоянии невесомости).
Если помещённое на опору или подвешенное тело неподвижно по отношению к Земле или находится в равномерном движении вверх или вниз, тогда вес тела не меняется.
Вес меняется, когда тело перемещается вверх или вниз с ускорением.
Во время поездки в лифте, если мы двигаемся с ускорением вверх, наш вес увеличивается, хотя сила тяжести остаётся неизменной.
Состояние невесомости — это состояние, когда тело не давит на опору и не растягивает подвес. Такое происходит, когда тело свободно падает под воздействием только силы гравитации.
Почему в космическом корабле есть состояние невесомости?
Потому что космический корабль, обращаясь вокруг Земли, находится в свободном падении (он всё время как бы падает на Землю, но пролетает мимо). Это происходит, когда космический корабль достигает 1-й космической скорости — 7,9 км/с.
Если скорость космического корабля была бы меньше, он упал бы на Землю, а если корабль достиг бы 2-й космической скорости — 11,2 км/с, он стал бы искусственным спутником Солнца.
Если скорость космического корабля достигнет 3-й космической скорости — 16,7 км/с, тогда корабль направится из Солнечной системы к другим звёздам.
К сожалению, до ближайшей звёздной системы Альфа Центавра нужно лететь (18000) лет, так как она находится на расстоянии (4) световых лет.
Интересно, что для того, чтобы достичь Луны, ракета должна развить скорость, равную (0,992) от второй космической скорости.
Источники:
Рис. 1. Тело на опоре, тело на подвесе. © ЯКласс.
Рис. 2. Сила тяжести и вес тела. © ЯКласс.
Вектор веса тела на подвесе
Вес.
Сила, с которой все тела действуют на горизонтальную опору или вертикальный подвес вследствие притяжения Земли, наз. весом тела.
Внимание! Вес — сила, следовательно, измеряется в ньютонах. [P]=Н
Вес тела по третьему закону Ньютона — сила, парная к силе упругости (реакции опоры, натяжения нити). Значит по своей природе вес — сила упругости, возникающая в опоре или подвесе! Вектор силы веса тела приложен к опоре или подвесу. Следовательно, если нет опоры или подвеса, то нет и веса.
В общем случае выполняются соотношения:
— второй закон Ньютона
— третий закон Ньютона.
Следовательно: 
— это формула для расчета веса тела в общем случае.
В проекциях на ось Х: рассмотрим три случая (см. рисунок).
P=mg — вес тела в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения.
P=m(g-a) — вес тела в случае, когда вектор ускорения совпадает по направлению с вектором ускорения свободного падения. В этом случае сила веса по модулю меньше силы тяжести.
При a=g P=0 — состояние невесомости. Т.е., если тело свободно падает, то оно не имеет веса.
P=m(g+a) — вес тела в случае, когда вектор ускорения противоположен по направлению вектору ускорения свободного падения.
— перегрузка.
Летчики и космонавты испытывают перегрузку в 5 -7 раз. Максимальная статическая перегрузка для человека — 13g, динамическая (короткодействующая) — до 20g.
Вес в динамике.
Весом тела называют силу, с которой тело вследствие его притяжения к земле действует на опору или подвес.
Вес тела – векторная физическая величина, обозначается буквой Р. Если тело покоится или равномерно и прямолинейно движется относительно Земли, то его вес по численному значению равен действующей на него силе тяжести:
где m – масса, g – ускорение свободного падения.
Вес и сила тяжести всегда приложены к разным телам: вес приложен к опоре или подвесу, а сила тяжести – к телу.
Вес и сила тяжести имеют разную физическую природу. Сила тяжести возникает вследствие взаимодействия тела и Земли. Вес – это сила, измеряемая весами, т. е. он возникает при взаимодействии тела и опоры (подвеса). При этом опора (подвес) и тело деформируются, вследствие чего появляется сила упругости. Из третьего закон Ньютона следует, что вес тела, т. е. сила, с которым он давит на опору (или растягивает подвес), по величине совпадает с силой, действующей со стороны опоры на данное тело. Силу, с которой опора давит на тело, находящееся на ней, называют силой реакции опоры. Если обозначить силу реакции опоры через N, то можно записать:
Это более общая формула, чем P = mg, поскольку она справедлива даже в том случае, если тело вместе с опорой совершает ускоренное движение.
Не следует путать вес тела с его массой. Масса тела – скалярная величина, измеряющаяся в килограммах, а вес тела (так же, как и любая другая сила) является векторной величиной, измеряющейся в ньютонах.
Поскольку ускорение свободного падения различно на различных широтах, а вес тела пропорционален ускорению свободного падения, то можно сказать, что вес тела зависит от географической широты и высоты местности (на полюсах вес немногим больше, чем на экваторе).
Вес измеряется взвешиванием на пружинных или рычажных весах.
Вектор веса тела на подвесе
Сила, с которой все тела действуют на горизонтальную опору или вертикальный подвес вследствие притяжения Земли, наз. весом тела.
Внимание! Вес — сила, следовательно, измеряется в ньютонах. [P]=Н
Вес тела по третьему закону Ньютона — сила, парная к силе упругости (реакции опоры, натяжения нити). Значит по своей природе вес — сила упругости, возникающая в опоре или подвесе! Вектор силы веса тела приложен к опоре или подвесу. Следовательно, если нет опоры или подвеса, то нет и веса.
В общем случае выполняются соотношения:
— второй закон Ньютона
— третий закон Ньютона.
Следовательно: — это формула для расчета веса тела в общем случае.
В проекциях на ось Х: рассмотрим три случая (см. рисунок).
P=mg — вес тела в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения.
P=m(g-a) — вес тела в случае, когда вектор ускорения совпадает по направлению с вектором ускорения свободного падения. В этом случае сила веса по модулю меньше силы тяжести.
При a=g P=0 — состояние невесомости. Т.е., если тело свободно падает, то оно не имеет веса.
P=m(g+a) — вес тела в случае, когда вектор ускорения противоположен по направлению вектору ускорения свободного падения.
— перегрузка.
Летчики и космонавты испытывают перегрузку в 5 -7 раз. Максимальная статическая перегрузка для человека — 13g, динамическая (короткодействующая) — до 20g.
http://www.calc.ru/Ves-V-Dinamike.html
http://msk.edu.ua/ivk/Fizika/Konspekt/ves.php
Вес тела — сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле давит на опору или растягивает подвес.
Вес тела имеет электромагнитную природу (не путать с силой тяжести – она возникает между двумя телами и имеет гравитационную природу!). Обозначается P. Измеряется динамометром. Единица измерения — Н (Ньютон).
Вес имеет направление, противоположное силе реакции опоры или силе натяжения нити. Точкой приложения веса является точка опоры или подвеса: P↑↓N или P↑↓T.
Согласно III закону Ньютона модуль веса тела определяется одной из следующих формул:
P = T; P = N; P = Fупр.
Если тело и опора или подвес неподвижны, то модули силы реакции опоры, силы натяжения подвеса, а также силы упругости равны модулю силы тяжести. Поэтому в неподвижной системе модуль веса неподвижного тела тоже равен модулю силы тяжести:
P0 = Fтяж = mg
Если тело находится в состоянии невесомости, его вес равен нулю: P = 0. Это значит, что это тело не оказывает никакого действия ни на подвес, ни на опору.
Пример №1. Гиря массой 1 пуд стоит на полу. Определить вес гири.
Так как гиря покоится, ее вес будет равен модулю силы тяжести. 1 пуд = 16,38 кг. Следовательно:
P = mg = 16,38∙10 = 163,8 (Н)
Перегрузка
Перегрузка — отношение абсолютной величины линейного ускорения, вызванного негравитационными силами, к стандартному ускорению свободного падения на поверхности.
Перегрузка определяется отношением:
Перегрузка возникает, когда система, в которой находится тело, движется с ускорением.
Вес тела в движущейся равноускоренно системе
Вес тела в движущейся системе может быть больше или меньше веса того же тела в системе, которая находится в состоянии покоя:
- Если система движется равноускоренно в направлении ускорения свободного падения, вес тела меньше веса тела в неподвижной системе: при a↑↑g — P < P0.
- Если система движется равноускоренно в направлении, противоположном ускорению свободного падения, вес тела больше веса тела в неподвижной системе: при a↑↓g — P > P0.
- Если система движется с равномерной скоростью (ускорение равно нулю) в любом направлении по отношению к ускорению свободного падения, вес тела равен весу тела в неподвижной системе: при a = 0 — P = P0.
Применение законов Ньютона для определения веса тела
Опора или подвес неподвижны |
|
 |
Второй закон Ньютона в векторной форме:
N + mg = ma или T + mg = ma Проекция на ось ОУ: N – mg = 0 или T — mg = 0 |
Ускорение опоры направлено вверх |
|
 |
Второй закон Ньютона в векторной форме:
N + mg = ma Проекция на ось ОУ: N – mg = ma Вес тела: P = N = ma + mg = m(a + g) |
Ускорение опоры направлено вниз |
|
 |
Второй закон Ньютона в векторной форме:
N + mg = ma Проекция на ось ОУ: mg – N = ma Вес тела: P = N = mg – ma = m(g – a) |
Вершина выпуклого моста |
|
 |
Второй закон Ньютона в векторной форме:
N + mg = maц.с. Проекция на ось ОУ: mg – N = m aц.с. Вес тела: P = N = mg – m aц.с. = m(g – aц.с.) |
Нижняя точка вогнутого моста |
|
 |
Второй закон Ньютона в векторной форме:
N + mg = maц.с. Проекция на ось ОУ: N – mg = maц.с. Вес тела: P = N = maц.с. + mg = m(aц.с. + g) |
Полный оборот на подвесе |
|
 |
Второй закон Ньютона в векторной форме:
T + mg = ma Проекция на ось ОУ в точке А: T + mg = maц.с. Вес тела в точке А: P = T = maц.с. – mg = m (aц.с. – g) Проекция на ось ОУ в точке В: T – mg = maц.с. Вес тела в точке В: P = T = maц.с. + mg = m (aц.с. + g) Важно! Центростремительное ускорение всегда направлено к центру окружности. |
Пример №2. Автомобиль массой 1000 кг едет по выпуклому мосту с радиусом кривизны 40 м. Какую скорость должен иметь автомобиль в верхней точке моста, чтобы пассажиры в этой точке почувствовали невесомость?
Вес тела в верхней точке выпуклого моста равен:
P = m(g – aц.с.)
Чтобы пассажиры почувствовали состояние невесомости, вес тела должен быть равен 0:
m(g – aц.с.) = 0
Масса не может быть нулевой, поэтому:
g – aц.с. = 0
g = aц.с
Значит, пассажиры в верхней точке моста почувствуют невесомость, если центростремительное ускорение будет равно ускорению свободного падения. Центростремительное ускорение определяется формулой:
Отсюда скорость автомобиля в верхней точке моста должна быть равна:
Задание EF18133
Четыре одинаковых кирпича массой m каждый сложены в стопку (см. рисунок). Если убрать два верхних кирпича, то модуль силы N, действующей со стороны горизонтальной опоры на первый кирпич, уменьшится на…
Алгоритм решения
1.Вычислить силу, с которой оставшиеся кирпичи давят на опору.
2.Применить третий закон Ньютона.
3.Определить силу, с которой действует горизонтальная опора на первый кирпич.
Решение
Так как кирпичи покоятся, вес каждого равен:
P = mg
Вес двух кирпичей равен:
2P = 2mg
Опора действует на первый кирпич с такой же силой, с какой на него действует два кирпича, оставшихся после того, как два верхних кирпича убрали.
Следовательно:
N = 2P = 2mg
Ответ: б
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Задание EF17624
Подъёмный кран поднимает груз с постоянным ускорением. На груз со стороны каната действует сила, равная по величине 8⋅103 H. На канат со стороны груза действует сила, которая:
а) 8∙103 Н
б) меньше 8∙103 Н
в) больше 8∙103 Н
г) равна силе тяжести, действующей на груз
Алгоритм решения
1.Сформулировать третий закон Ньютона.
2.Применить закон Ньютона к канату и грузу.
3.На основании закона сделать вывод и определить силу, которая действует на канат со стороны груза.
Решение
Третий закон Ньютона формулируется так:
«Силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулям и направлены по одной прямой в противоположные стороны».
Математически он записывается так:
FA = –FB
Если на груз со стороны каната действует некоторая сила, то и груз действует на канат с этой силой, которая называется весом этого груза, или силой натяжения нити. Следовательно, груз действует на канат с силой 8∙103 Н.
Ответ: а
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Задание EF22586
Мальчик медленно поднимает гирю, действуя на неё с силой 100 Н. Гиря действует на руку мальчика с силой:
а) больше 100 Н, направленной вниз
б) меньше 100 Н, направленной вверх
в) 100 Н, направленной вниз
г) 100 Н, направленной вверх
Алгоритм решения
1.Записать исходные данные.
2.Сделать чертеж, иллюстрирующий ситуацию.
3.Записать второй закон Ньютона в векторной форме.
4.Записать второй закон Ньютона в виде проекций.
5.Вычислить силу, с которой гиря действует на руку мальчика.
Решение
Запишем исходные данные: мальчик поднимает гирю вверх с силой F = 100 Н.
Сделаем рисунок. В данном случае рука мальчика выступает в роли подвеса. Так как мальчик поднимает гирю медленно, можно считать, что он поднимает ее равномерно (равнодействующая всех сил равна нулю). Выберем систему координат, направление оси которой совпадает с направлением движения руки и гири.
На руку (подвес) действуют только две силы. Поэтому второй закон Ньютона выглядит следующим образом:
P + T = 0
Запишем этот же закон в проекции на ось ОУ:
–P + T = 0
Отсюда:
P = T
Следовательно, на руку мальчика действует вес гири, который по модулю равен силе, с которой мальчик действует на эту гирю.
Внимание! Существует второй способ решения задачи через третий закон Ньютона. Согласно ему, тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю, но противоположными по направлению.
Ответ: в
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Алиса Никитина | Просмотров: 6.6k
Содержание:
Вес тела:
Множество тел на Земле находятся в состоянии покоя относительно ее поверхности. Почему же тела, на которые всегда действует сила тяготения, не изменяют своего положения и скорости под действием этой силы?
Ответ на этот вопрос найдем при проведении опыта. С этой целью положим линейку на две подставки и поставим на нее груз (рис. 48). Линейка деформируется. Следовательно, груз подействовал на линейку и изменил ее форму, деформировал. А при деформации возникла сила упругости, которая уравновесила силу тяготения, и груз прекратил движение к Земле.
Закрепим в штативе резиновую нить, а к ее концу прикрепим шарик. Если отпустим шарик, то он начнет двигаться вниз и будет растягивать нить до тех пор, пока сила упругости не уравновесит силу тяготения.
В обоих случаях на груз и шарик действовала сила тяготения, поэтому они, в свою очередь, действовали на линейку или резиновую нить.
Что такое вес тела
Силу, с которой тело действует на опору или подвес, называют весом тела.
Вес зависит от механического состояния тела. Если тело неподвижно относительно опоры или подвеса или движется равномерно и прямолинейно, то вес по значению и направлению совпадает с силой тяготения.
Для этого случая можно записать, что
Однако между этими силами есть и существенные различия. Так, они приложены к различным телам. Если сила тяготения приложена к данному телу, то вес приложен к опоре или подвесу (рис. 49, 50).
Отличия проявляются и тогда, когда тело и опора свободно падают под действием силы тяготения. В этом случае вес исчезает и возникает состояние невесомости.
Такую особенность веса можно наблюдать в сравнительно простых опытах. Повесим на нити, закрепленной в штативе, металлический динамометр, к крючку которого прикреплены грузы. Стрелка покажет определенное значение веса грузов. Теперь перережем нить -динамометр с грузом начнет падать. В момент падения стрелка динамометра сместится на деление «ноль» (рис. 51). Таким образом, при свободном падении тела вес тела исчезает, возникает состояние невесомости.
Невесомость ощущают пилоты и космонавты. Если космический корабль движется вокруг Земли, то он все время как бы падает на Землю и все тела в его кабине теряют вес (рис. 52). В таких условиях много обычных явлений происходит своеобразно. Так, вода вне сосуда приобретает шарообразную форму и свободно плавает в пространстве. Брошенный предмет будет двигаться от стенки к стенке прямолинейно, не останавливаясь.
- Заказать решение задач по физике
Вес и невесомость
Вес — это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес. Вес тела обозначается буквой 
Точка приложения веса находится на опоре (или подвесе). Вес направлен перпендикулярно поверхности опоры или вдоль подвеса. В зависимости от состояния тела его вес может изменяться или оставаться неизменным.
Случай, когда вес тела не меняется
Если тело находится в состоянии покоя или движется прямолинейно равномерно по горизонтальной поверхности, то его вес не изменяется. Почему?
Согласно III закону Ньютона, вес тела действует на опору и равен по модулю и противоположен по направлению силе реакции опоры 
Сила реакции приложена к самому телу (b): 
(для удобства точка приложения силы реакции опоры смещается в центр тела).
Если тело на подвесе находится в состоянии покоя или вместе с подвесом движется прямолинейно равномерно, то, согласно III закону Ньютона, вес этого тела, действующий на подвес, равен по модулю и направлен противоположно силе натяжения нити 
Сила натяжения прикладывается к самому телу (см: b): 
Согласно II закону Ньютона, уравнение движения для тела, находящегося в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения на горизонтальной опоре, записывается в виде: 
Принимая во внимание, что результирующая сила равна векторной сумме силы тяжести и силы реакции опоры, уравнение движения примет вид:
Для решения уравнения выбирается ось координат, определяются проекции векторов сил на эту ось и, приняв во внимание знак проекций, записывают их в уравнение. За положительное направление оси 
выбирается направление действия силы тяжести (см: b). Учитывая значения проекций сил на эту ось и равенство нулю ускорения тела 
в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения, получим уравнение движения тела в следующем виде:
Отсюда видно, что вес тела, находящегося в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения, численно равен модулю силы тяжести:
Случай, когда вес тела меняется
Если тело вместе с опорой (или с подвесом) движется с ускорением 
в вертикальном направлении, то, в зависимости от направления движения, вес тела увеличивается или уменьшается.
Предположим, что тело вместе с опорой движется вертикально вверх с ускорением 
то есть движется в направлении, противоположном направлению действия силы тяжести. Уравнение движения тела в векторной форме остается без изменения:
Если направить координатную ось вдоль направления движения (с), получим:
Отсюда видно, что вес тела, движущегося вместе с опорой вертикально вверх с ускорением 
увеличивается. Такое состояние тела называется перегрузкой:
Ясно, что если тело вместе с опорой будет двигаться в направлении действия силы тяжести, то его вес уменьшится:
Случай, когда вес тела равен нулю — невесомость
Если тело движется только под действием гравитационной силы, то есть его ускорение будет равно ускорению свободного падения 
то вес тела будет равен нулю. Такое состояние тела называется невесомостью:
- Закон всемирного тяготения
- Свободное падение тела
- Равнодействующая сила и движение тела под действием нескольких сил
- Сила давления в физике и единицы давления
- Сила упругости в физике и закон Гука
- Деформация в физике
- Плотность вещества в физике
- Сила трения в физике
На предыдущих уроках мы узнали определение понятия силы, познакомились с силой тяжести и силой упругости.
Возможно, вы заметили, что рассматривая примеры и сравнивая тела с разными массами, мы избегали выражения “одно тело весит больше другого”. В повседневном жизни же мы часто используем подобные фразы, как и само слово “вес”.
На данном уроке мы узнаем о понятии веса со стороны физики.
Что такое вес?
Вспомним опыт, когда мы ставим тело (гирю) на опору (рисунок 1).
Мы уже говорили, что на гирю действует сила тяжести. Из-за этого начинает прогибаться доска — происходит ее деформация.
Возникает сила упругости, направленная вертикально вверх. Доска перестает прогибаться, когда сила тяжести и сила упругости уравновешивают друг друга.
Обратите внимание, что гиря и доска взаимодействуют друг с другом, но:
- Cила тяжести — это результат взаимодействия гири с Землей, а не с доской
- по всем изученным нами принципам должна быть еще одна сила, которая возникает со стороны гири
Подобная ситуация происходит в случае, если мы будем рассматривать тело, подвешенное на нити. Возникает некая сила, действующая на подвес.
Эта сила и называется весом тела.
Что называют весом тела?
Вес тела — это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.
Характеристики веса
- Вес тела — это векторная физическая величина и обозначается буквой $vec{P}$
- Модуль веса тела обозначается буквой $P$
- Вес тела численно равен силе тяжести, если тело и опора/подвес неподвижны или движутся прямолинейно и равномерно.
$P=F_{тяж}$
- Вес тела приложен к опоре или подвесу и направлен перпендикулярно опоре или вдоль подвеса (рисунки 2, 3).
Сравните с изображением силы тяжести (рисунок 4). Следует помнить, что сила тяжести приложена к самому телу.
Вес как частный случай силы упругости
Когда мы ставим тело на опору — оно деформирует ее. Когда мы подвешиваем тело — оно деформирует подвес. Не всегда эта деформация видна как в наших предыдущих опытах.
Когда вы кладёте учебник на парту, что происходит? Учебник (тело) деформирует парту (опору). Но такая деформация не видна невооруженным глазом. Тем не менее, она существует. Если бы деформация не происходила, то не возникала бы сила упругости. Тогда ничего бы не препятствовало движению вашего учебника к самому центру Земли.
Так, парта в свою очередь деформирует учебник, что тоже незаметно.
Давайте рассмотрим опыт, где деформация тела будет заметна. Взгляните на рисунок 5.
У нас есть штатив и резиновый шнур длиной $l_0$ (рисунок 5, а). На шнур мы подвешиваем небольшой мешок с песком (рисунок 5, б).
Шнур растягивается и останавливается, когда сила тяжести становится равна возникшей в шнуре силе упругости. Длина шнура изменилась и стала равна $l$.
У нас провзаимодействовали два тела: шнур и мешок. Оба тела деформировались.
Теперь мы отрежем прикрепленный шнур (рисунок 5, в). Во время падения на мешок с песком действует только сила тяжести, он восстанавливает свою форму. Шнурок также восстанавливает свою форму.
Когда же мешок падает на рабочую поверхность (рисунок 5, г), то он снова деформируется. Теперь взаимодействует опора и тело.
В данном случае не видно, как деформируется опора, но, если бы мы подставили доску на брусьях, она бы прогнулась. Так мы наглядно показали, что при взаимодействии происходит деформация обоих тел.
Под действием опоры или подвеса происходит деформация тела. Опора сжимает нижнюю часть тела, а подвес растягивает его верхнюю часть.
Именно эта деформация тела вызывает появление в теле силы упругости. В данном случае сила упругости и будет весом тела.
Чем отличается вес тела от силы тяжести?
Вы уже знаете, что вес тела будет равен силе тяжести, если тело и опора/подвес неподвижны или движутся прямолинейно и равномерно. Также сила тяжести приложена к центру тела, а вес — к опоре или подвесу.
Но важнее помнить, из-за чего возникают эти две силы. Сила тяжести возникает из-за взаимодействия физического тела и Земли. А вес возникает в результате взаимодействия тела и опоры (подвеса). А это взаимодействие возникает тоже из-за взаимодействия тела и Земли. При этом тела деформируются, что приводит к возникновению силы упругости.