Parastā dzīvē svars tiek uzskatīts par sinonīmu masai. Bet fizikā svars un masa ir dažādas lietas.

Ķermeņa svars (norādīts ar R) - spēks, ar kādu ķermenis iedarbojas uz balstu vai balstiekārtu, pateicoties pievilcībai Zemei.

Nulles gravitācijas astronautiem ir masa, bet nav svara. Katrs cilvēks sasniedz
bezsvara stāvoklis, ja skrienot paceļ abas kājas no zemes.

Ja ķermenis atrodas miera stāvoklī vai kustas vienmērīgi, tā svaru aprēķina pēc formulas:

Koeficients g atšķiras dažādās Zemes daļās un uz citām planētām. Minskā ir vīrietis
svērs mazāk nekā Maskavā. Koeficients g dažādām vietām:

Miera stāvoklī un vienmērīgā kustībā ķermeņa svara un gravitācijas moduļi (skaitliskā vērtība).
ir vienādi. Bet, ja ķermenis paātrina, palēnina vai pārvietojas līkumā, tie atšķiras.
Kad lifts paātrina un virzās uz leju, ķermenis izdara mazāku spiedienu uz grīdu un svars samazinās, un kad
virzās uz augšu, atbalsta spiediens un svars palielinās. To var sajust pat ar sajūtām:
paceļot ķermenis it kā ir iespiests grīdā. Svara izmaiņas var apstiprināt un
eksperimentāli, ja braucat ar liftu, stāvot uz svariem.

Svara izmaiņas, ko izraisa ātruma izmaiņas, ir pārslodze.

Karuselī vai ātrumā braucošā automašīnā pārslodze iespiež ķermeni sēdeklī.
Piloti piedzīvo milzīgas pārslodzes: veicot akrobātiku, viņu svars (a
līdz ar to visu orgānu, kaulu, asiņu svars pieaug 10-20 reizes. Muskuļu spēka nav
palielinās. Vienkārša cilvēka sirds muskulis nevar izspiest tik smagu
asinis galvā, tāpēc pie lieliem G-spēkiem viņš zaudē samaņu. Tāpēc piloti
apmācīts izturēt 10 reižu lielāku svaru uz centrifūgas – patiesībā tas ir ātri rotējošs
karuselis.

1. Kāda ir atšķirība starp ķermeņa svaru un ķermeņa svaru?
2. Vai ķermeņa svars var būt nulle?
3. Kā atrast ķermeņa svaru miera stāvoklī?
4. Kas ir pārslodze?
5. Vai ķermeņa svars uz Mēness atšķirsies no tā paša ķermeņa svara uz Zemes?
6. Kā jūsu svars Baltkrievijas Republikas galvaspilsētā atšķirsies no jūsu svara ASV galvaspilsētā?

Ikdienā un sadzīvē jēdzieni "masa" un "svars" ir absolūti identiski, lai gan to semantiskā nozīme būtiski atšķiras. Jautāt "Kāds ir jūsu svars?" mēs domājam: "Cik kilogramu tu esi?" Taču uz jautājumu, ar kuru cenšamies noskaidrot šo faktu, atbilde tiek sniegta nevis kilogramos, bet gan ņūtonos. Mums būs jāatgriežas skolas fizikas kursā.

Ķermeņa masa- vērtība, kas raksturo spēku, ar kādu ķermenis izdara spiedienu uz balstu vai balstiekārtu.

Salīdzinājumam, ķermeņa masa Iepriekš aptuveni definēts kā "vielas daudzums", mūsdienu definīcija izklausās šādi:

Svars - fizisks lielums, kas atspoguļo ķermeņa spēju uz inerci un ir tā gravitācijas īpašību mērs.

Masas jēdziens kopumā ir nedaudz plašāks par šeit sniegto, taču mūsu uzdevums ir nedaudz atšķirīgs. Pietiek saprast patiesās masas un svara atšķirības faktu.

Turklāt - kilogrami un svars (kā spēka veids) - ņūtoni.

Un, iespējams, vissvarīgākā atšķirība starp svaru un masu ir ietverta pašā svara formulā, kas izskatās šādi:

kur P ir ķermeņa faktiskais svars (ņūtonos), m ir tā masa kilogramos un g ir paātrinājums, ko parasti izsaka kā 9,8 N / kg.

Citiem vārdiem sakot, svara formulu var saprast, izmantojot šādu piemēru:

Svars masa Lai to noteiktu, uz fiksēta dinamometra tiek piekārts 1 kg svars. Tā kā ķermenis un pats dinamometrs atrodas miera stāvoklī, jūs varat droši reizināt tā masu ar gravitācijas paātrinājumu. Mums ir: 1 (kg) x 9,8 (N / kg) = 9,8 N. Tieši ar šo spēku svars iedarbojas uz dinamometra balstiekārtu. No šejienes ir skaidrs, ka ķermeņa svars ir vienāds, taču tas ne vienmēr tā ir.

Tagad ir pienācis laiks izdarīt svarīgu piezīmi. Svara formula ir vienāda ar smagumu tikai gadījumos, kad:

• ķermenis atrodas miera stāvoklī;
• ķermeni neietekmē Arhimēda spēks (peldspējas spēks). Ir zināms dīvains fakts, ka ūdenī iegremdēts ķermenis izspiež ūdens tilpumu, kas vienāds ar tā svaru. Bet tas ne tikai izspiež ūdeni, ķermenis kļūst "vieglāks" pēc izspiestā ūdens tilpuma. Tāpēc var jokot un smieties, lai paceltu ūdenī 60 kg smagu meiteni, bet virspusēji to izdarīt ir daudz grūtāk.

Ar nevienmērīgu ķermeņa kustību, t.i. kad virsbūve kopā ar piekari pārvietojas ar paātrinājumu a, maina savu izskatu un svara formulu. Parādības fizika mainās nenozīmīgi, bet šādas izmaiņas tiek atspoguļotas formulā šādi:

P = m (g-a).

Kā to var aizstāt ar formulu, svars var būt negatīvs, bet šim paātrinājumam, ar kādu ķermenis kustas, jābūt lielākam par gravitācijas paātrinājumu. Un šeit atkal ir svarīgi atšķirt svaru no masas: negatīvais svars neietekmē masu (ķermeņa īpašības paliek nemainīgas), bet tas faktiski kļūst vērsts pretējā virzienā.

Labs paātrināta lifta piemērs: uz īsu brīdi to strauji paātrinot, rodas iespaids, ka tas ir "pievilkts pie griestiem". Ar šādu sajūtu, protams, ir diezgan viegli saskarties. Daudz grūtāk ir izjust bezsvara stāvokli, ko pilnībā izjūt astronauti orbītā.

Bezsvara stāvoklis - būtībā bez svara. Lai tas būtu iespējams, paātrinājumam, ar kādu ķermenis pārvietojas, jābūt vienādam ar bēdīgi slaveno paātrinājumu g (9,8 N / kg). Vienkāršākais veids, kā panākt šo efektu, ir Zemes orbītā. Gravitācija, t.i. pievilcība joprojām iedarbojas uz ķermeni (satelītu), taču tā ir niecīga. Un arī orbītā dreifējoša satelīta paātrinājums mēdz būt līdz nullei. Šeit rodas svara trūkuma efekts, jo ķermenis vispār nesaskaras ne ar balstu, ne piekari, bet vienkārši peld gaisā.

Daļu no šī efekta var novērot, kad lidmašīna paceļas. Uz sekundi ir sajūta, ka ir pakārts gaisā: šajā brīdī paātrinājums, ar kādu lidmašīna kustas, ir vienāds ar gravitācijas paātrinājumu.

Atkal atgriežoties pie atšķirībām svari un masas, ir svarīgi atcerēties, ka ķermeņa svara formula atšķiras no masas formulas, kas izskatās kā :

m = ρ / V,

tas ir, vielas blīvums dalīts ar tās tilpumu.

Iepriekšējās nodarbībās mēs kārtojām, kas ir universālā gravitācijas spēks un tā īpašais gadījums - gravitācijas spēks, kas iedarbojas uz ķermeņiem uz Zemes.

Gravitācija ir spēks, kas iedarbojas uz jebkuru materiālu ķermeni, kas atrodas netālu no Zemes vai cita astronomiska ķermeņa virsmas. Smaguma spēkam ir izšķiroša nozīme mūsu dzīvē, jo tas ietekmē visu, kas ir mums apkārt. Šodien mēs analizēsim citu spēku, kas visbiežāk tiek saistīts ar gravitācijas spēku. Šis spēks ir ķermeņa svars. Šodienas nodarbības tēma: “Ķermeņa svars. Bezsvara stāvoklis"

Elastīgā spēka iedarbībā, kas tiek pielikts ķermeņa augšējai malai, šis ķermenis, savukārt, arī tiek deformēts, ķermeņa deformācijas dēļ rodas cits elastīgs spēks. Šis spēks tiek pielikts atsperes apakšējai malai. Turklāt tas ir vienāds ar atsperes elastības spēku un ir vērsts uz leju. Tieši šo ķermeņa elastības spēku mēs to sauksim par svaru, tas ir, ķermeņa svars tiek uzlikts atsperei un ir vērsts uz leju.

Pēc tam, kad ķermeņa svārstības uz atsperes ir slāpētas, sistēma nonāks līdzsvara stāvoklī, kurā spēku summa, kas iedarbojas uz ķermeni, būs vienāda ar nulli. Tas nozīmē, ka gravitācijas spēks ir vienāds pēc moduļa un virzienā pretējs atsperes elastības spēkam (2. att.). Pēdējais ir vienāds pēc moduļa un virzienā pretējs ķermeņa svaram, kā mēs jau esam noskaidrojuši. Tas nozīmē, ka gravitācijas spēks pēc absolūtās vērtības ir vienāds ar ķermeņa svaru. Šī attiecība nav universāla, bet mūsu piemērā tā ir taisnība.

Rīsi. 2. Svars un smagums ()

Iepriekš minētā formula nenozīmē, ka smagums un svars ir viens un tas pats. Šie divi spēki pēc būtības ir atšķirīgi. Svars ir elastīgais spēks, kas tiek pielikts balstiekārtai no ķermeņa sāniem, un gravitācijas spēks ir spēks, kas tiek pielikts ķermenim no Zemes puses.

Rīsi. 3. Virsbūves svars un smagums uz balstiekārtas un balsta ()

Noskaidrosim dažas svara iezīmes. Svars ir spēks, ar kādu ķermenis nospiež balstu vai izstiepj balstiekārtu, no tā izriet, ka, ja korpuss nav piekārts vai nostiprināts uz balsta, tad tā svars ir nulle. Šķiet, ka šis atklājums ir pretrunā ar mūsu ikdienas pieredzi. Tomēr tam ir diezgan godīgi fiziski piemēri.

Ja atsperi ar piekārtu korpusu atlaiž un ļauj brīvi krist, tad dinamometra rādītājs parādīs nulles vērtību (4. att.). Iemesls tam ir vienkāršs: slodze un dinamometrs pārvietojas ar tādu pašu paātrinājumu (g) ​​un tādu pašu nulles sākuma ātrumu (V 0). Atsperes apakšējais gals kustas sinhroni ar slodzi, savukārt atspere nedeformējas un atsperē nerodas nekāds elastības spēks. Līdz ar to nepastāv pretelastības spēks, kas ir ķermeņa svars, tas ir, ķermenim nav svara vai tas ir bezsvara.

Rīsi. 4. Atsperes brīvais kritiens ar korpusu, kas piekārts no tā ()

Bezsvara stāvoklis rodas tāpēc, ka zemes apstākļos gravitācijas spēks visiem ķermeņiem piešķir vienādu paātrinājumu, tā saukto gravitācijas paātrinājumu. Mūsu piemēram, mēs varam teikt, ka slodze un dinamometrs pārvietojas ar tādu pašu paātrinājumu. Ja uz ķermeni iedarbojas tikai gravitācijas spēks vai tikai universālais gravitācijas spēks, tad šis ķermenis atrodas bezsvara stāvoklī. Ir svarīgi saprast, ka šajā gadījumā pazūd tikai ķermeņa svars, bet ne gravitācijas spēks, kas iedarbojas uz šo ķermeni.

Bezsvara stāvoklis nav eksotisks, diezgan bieži daudzi no jums to ir piedzīvojuši - jebkurš cilvēks, kurš lec vai lec no jebkura augstuma, atrodas bezsvara stāvoklī līdz piezemēšanās brīdim.

Apskatīsim gadījumu, kad dinamometrs un tā atsperei piestiprināts ķermenis ar zināmu paātrinājumu virzās uz leju, bet nekrīt brīvā kritienā. Dinamometra rādījumi samazināsies, salīdzinot ar rādījumiem ar stacionāru slodzi un atsperi, kas nozīmē, ka ķermeņa svars ir kļuvis mazāks nekā tas bija miera stāvoklī. Kāds ir šī samazinājuma iemesls? Sniegsim matemātisku skaidrojumu, pamatojoties uz Ņūtona otro likumu.

Rīsi. 5. Ķermeņa svara matemātiskais skaidrojums ()

Uz ķermeni iedarbojas divi spēki: lejupejošais gravitācijas spēks un augšup vērstais atsperes spēks. Šie divi spēki piešķir ķermenim paātrinājumu. un kustības vienādojums būs:

Izvēlēsimies y asi (5. att.), tā kā visi spēki ir vērsti vertikāli, mums pietiek ar vienu asi. Terminu projekcijas un pārneses rezultātā mēs iegūstam - elastības spēka modulis būs vienāds ar:

ma = mg - F kontrole

F kontrole = mg - ma,

kur Ņūtona otrajā likumā norādīto spēku projekcijas uz y asi atrodas vienādojuma kreisajā un labajā pusē. Saskaņā ar definīciju ķermeņa svara modulis ir vienāds ar atsperes elastības spēku, un, aizstājot tā vērtību, mēs iegūstam:

P = F kontrole = mg - ma = m (g - a)

Ķermeņa svars ir vienāds ar ķermeņa svara reizinājumu ar paātrinājuma starpību. No iegūtās formulas var redzēt, ka, ja ķermeņa paātrinājuma modulis ir mazāks par brīvā kritiena paātrinājuma moduli, tad ķermeņa svars ir mazāks par gravitācijas spēku, tas ir, ķermeņa svaru pārvietošanās ar paātrinātu ātrumu ir mazāka par atpūšas ķermeņa svaru.

Apskatīsim gadījumu, kad ķermenis ar svaru virzās uz augšu ar paātrinātu ātrumu (6. att.).

Dinamometra bultiņa parādīs ķermeņa svara vērtību, kas ir lielāka par miera svaru.

Rīsi. 6. Ķermenis ar svaru virzās uz augšu paātrināti ()

Ķermenis virzās uz augšu, un tā paātrinājums ir vērsts uz turieni, tāpēc mums ir jāmaina paātrinājuma projekcijas zīme uz y ass.

No formulas var redzēt, ka tagad ķermeņa svars ir lielāks par gravitācijas spēku, tas ir, vairāk nekā atpūšas ķermeņa svars.

Ķermeņa svara pieaugumu, ko izraisa tā paātrinātā kustība, sauc par pārslodzi..

Tas attiecas ne tikai uz virsbūvi, kas piekārta no atsperes, bet arī uz virsbūvi, kas atbalstīta uz balsta.

Apskatīsim piemēru, kurā ķermenis mainās tā paātrinātās kustības laikā (7. att.).

Automašīna pārvietojas pa tiltu ar izliektu ceļu, tas ir, pa izliektu ceļu. Apskatīsim tilta formu kā apļa loku. No kinemātikas mēs zinām, ka automašīna pārvietojas ar centripetālu paātrinājumu, kura lielums ir vienāds ar ātruma kvadrātu, kas dalīts ar tilta izliekuma rādiusu. Šobrīd tas atrodas augstākajā punktā, šis paātrinājums tiks vērsts vertikāli uz leju. Saskaņā ar otro Ņūtona likumu šo paātrinājumu automašīnai piešķir gravitācijas spēks un atbalsta reakcijas spēks.

Izvēlēsimies y asi, kas vērsta vertikāli uz augšu, un ierakstīsim šo vienādojumu projekcijā uz izvēlētās ass, aizvietosim vērtības un veiksim transformācijas:

Rīsi. 7. Transportlīdzekļa augstākais punkts ()

Automašīnas svars saskaņā ar Ņūtona trešo likumu ir vienāds ar atbalsta reakcijas spēku (), savukārt mēs redzam, ka automašīnas svars ir mazāks par smaguma spēku, tas ir, mazāks par stāvošas automašīnas svars.

Raķete, palaista no Zemes, virzās vertikāli uz augšu ar paātrinājumu a = 20 m/s 2. Kāds ir astronauta svars raķetes kabīnē, ja viņa masa ir m = 80 kg?

Pilnīgi skaidrs, ka raķetes paātrinājums ir vērsts uz augšu un risinājumam ir jāizmanto ķermeņa svara formula gadījumam ar pārslodzi (8. att.).

Rīsi. 8. Problēmas ilustrācija

Jāpiebilst, ka, ja attiecībā pret Zemi nekustīga ķermeņa svars ir 2400 N, tad tā masa ir 240 kg, tas ir, astronauts jūtas trīs reizes masīvāks nekā patiesībā.

Mēs analizējām ķermeņa svara jēdzienu, noskaidrojām šī daudzuma pamatīpašības un ieguvām formulas, kas ļauj aprēķināt ķermeņa svaru, kas pārvietojas ar paātrinājumu.

Ja ķermenis virzās vertikāli uz leju, kamēr tā paātrinājuma modulis ir mazāks par gravitācijas paātrinājumu, tad ķermeņa svars samazinās salīdzinājumā ar nekustīga ķermeņa svara vērtību.

Ja ķermenis pārvietojas ar paātrinājumu vertikāli uz augšu, tad tā svars palielinās un ķermenis piedzīvo pārslodzi.

Bibliogrāfija

1. Tikhomirova S.A., Yavorskiy B.M. Fizika (pamata līmenis) - M .: Mnemosina, 2012.
2. Gendenšteins L.E., Diks Ju.I. Fizikas 10 klase. - M .: Mnemosina, 2014.
3. Kikoins I.K., Kikoins A.K. Fizika - 9, Maskava, Izglītība, 1990.g.

Mājasdarbs

1. Sniedziet ķermeņa svara definīciju.
2. Kāda ir atšķirība starp ķermeņa svaru un gravitāciju?
3. Kad rodas bezsvara stāvoklis?

1. Interneta portāls Physics.kgsu.ru ().
2. Festivāls.1september.ru interneta portāls ().
3. Interneta portāls Terver.ru ().

Diezgan daudz kļūdu un nejaušas skolēnu atrunas ir saistītas ar svara stiprumu. Pati frāze "svara spēks" nav īpaši pazīstama, jo mēs (skolotāji, mācību grāmatu un problēmu grāmatu, mācību līdzekļu un uzziņu grāmatu autori) esam vairāk pieraduši teikt un rakstīt "ķermeņa svars". Tādējādi jau pati frāze mūs attālina no jēdziena, ka svars ir spēks, un noved pie tā, ka ķermeņa svars tiek jaukts ar ķermeņa svaru (veikalā mēs bieži dzirdam, kad lūdz nosvērt dažus kilogramus produkta). Otra izplatītā studentu kļūda ir jaukt svaru ar gravitāciju. Mēģināsim izdomāt svara stiprumu skolas mācību grāmatas līmenī.

Vispirms apskatīsim uzziņu literatūru un mēģināsim izprast autoru viedokli šajā jautājumā. Javorskis B.M., Detlafs A.A. (1) Inženieru un studentu rokasgrāmatā ķermeņa svars attiecas uz spēku, ar kādu šis ķermenis gravitācijas ietekmē iedarbojas uz Zemi uz balsta (vai balstiekārtas), kas notur ķermeni no brīvā kritiena. Ja ķermenis un balsts ir nekustīgi attiecībā pret Zemi, tad ķermeņa svars ir vienāds ar tā gravitāciju. Uzdosim dažus naivus definīcijas jautājumus:

1. Par kādu ziņošanas sistēmu mēs runājam?

2. Vai ir viens balsts (vai balstiekārta) vai vairāki (balsti un balstiekārtas)?

3. Ja ķermenis gravitējas nevis uz Zemi, bet, piemēram, uz Sauli, vai tam būs svars?

4. Ja ķermenis kosmosa kuģī, kas pārvietojas ar paātrinājumu "gandrīz" gravitējas uz neko redzamajā telpā, vai tam būs svars?

5. Kā balsts ir novietots attiecībā pret horizontu, vai piekare ir vertikāla ķermeņa svara un smaguma vienādības gadījumā?

6. Ja ķermenis pārvietojas vienmērīgi un taisni kopā ar balstu attiecībā pret Zemi, tad ķermeņa svars ir vienāds ar tā gravitāciju?

Fizikas rokasgrāmatā tiem, kas iestājas universitātēs un pašizglītībā Yavorsky B.M. un Selezņeva Yu.A. (2) sniedz precizējumu par pēdējo naivo jautājumu, neņemot vērā pirmo.

N. I. Koškins un Širkēvičs M.G. (3) ķermeņa svaru ierosināts uzskatīt par vektora fizisko lielumu, ko var atrast pēc formulas:

Tālāk sniegtie piemēri parādīs, ka šī formula darbojas gadījumos, kad uz ķermeni neiedarbojas citi spēki.

Kuhling H. (4) vispār neievieš svara jēdzienu kā tādu, identificējot to praktiski ar gravitācijas spēku, zīmējumos svara spēks tiek pielikts ķermenim, nevis balstam.

Populārajā "Fizikas pasniedzējā" Kasatkina I.L. (5) ķermeņa svars ir definēts kā spēks, ar kādu ķermenis iedarbojas uz balstu vai balstiekārtu planētas pievilkšanas dēļ. Turpmākajos autora sniegtajos skaidrojumos un piemēros ir atbildēts tikai uz 3. un 6. no naivajiem jautājumiem.

Lielākajā daļā fizikas mācību grāmatu svara definīcijas ir sniegtas vienā vai otrā veidā, līdzīgi kā autoru definīcijas (1), (2), (5). Apgūstot fiziku 7. un 9. izglītības klasē, tas var attaisnoties. 10 specializētajās nodarbībās ar šādu definīciju, risinot veselu problēmu klasi, nevar izvairīties no dažāda veida naiviem jautājumiem (kopumā absolūti nav jācenšas izvairīties no jebkādiem jautājumiem).

Autori Kamenetskiy S.E., Orekhov V.P. punktā (6), atšķirot un skaidrojot gravitācijas un ķermeņa svara jēdzienus, viņi raksta, ka ķermeņa svars ir spēks, kas iedarbojas uz balstu vai balstiekārtu. Un tas arī viss. Jums nekas nav jālasa starp rindām. Tiesa, vēl gribu jautāt, cik balstu un piekares un vai virsbūvei var būt gan balsts, gan piekare uzreiz?

Un visbeidzot, apskatīsim V.A.Kasjanova doto ķermeņa svara definīciju. (7) 10. klases fizikas mācību grāmatā: “ķermeņa svars ir ķermeņa kopējais elastības spēks, kas gravitācijas klātbūtnē iedarbojas uz visiem savienojumiem (balstiem, balstiem)”. Ja tajā pašā laikā atcerieties, ka gravitācijas spēks ir vienāds ar divu spēku rezultantu: planētas gravitācijas pievilkšanas spēku un centrbēdzes inerces spēku, ar nosacījumu, ka šī planēta griežas ap savu asi, vai kādu citu spēku. no inerces, kas saistīta ar šīs planētas paātrināto kustību, tad šai definīcijai varētu piekrist. Tā kā šajā gadījumā neviens mums netraucē iedomāties situāciju, kad viena no gravitācijas spēka sastāvdaļām būs niecīga, piemēram, gadījums ar kosmosa kuģi tālā kosmosā. Un pat ar šīm atrunām mēdz būt vilinoši svītrot no definīcijas obligāto gravitācijas klātbūtni, jo ir iespējamas situācijas, kad ir citi inerces spēki, kas nav saistīti ar planētas kustību vai Kulona spēki mijiedarbībā ar citiem ķermeņiem. , piemēram. Vai arī jūs varat piekrist kāda "ekvivalenta" gravitācijas ieviešanai neinerciālās ziņošanas sistēmās un dot svara spēka definīciju gadījumam, kad nav ķermeņa mijiedarbības ar citiem ķermeņiem, izņemot ķermeni, kas rada gravitācijas pievilcību. , balsti un balstiekārtas.

Un tomēr, pieņemsim lēmumu, kad ķermeņa svars ir vienāds ar gravitācijas spēku inerciālās ziņošanas sistēmās?

Pieņemsim, ka mums ir viens balsts vai viena balstiekārta. Vai pietiek ar to, ka balsts vai balstiekārta ir nekustīga attiecībā pret Zemi (Zeme tiek uzskatīta par inerciālu ziņošanas sistēmu), vai arī tā pārvietojas vienmērīgi un taisni? Paņemiet fiksētu balstu, kas atrodas leņķī pret horizontu. Ja balsts ir gluds, tad korpuss slīd pa slīpu plakni, t.i. nebalstās uz balsta un neatrodas brīvā kritienā. Un ja balsts ir tik raupjš, ka ķermenis atrodas miera stāvoklī, tad vai nu slīpā plakne nav balsts, vai arī ķermeņa svars nav vienāds ar gravitācijas spēku (var, protams, iet tālāk un apšaubīt ka ķermeņa svars nav vienāds pēc lieluma un nav pretējs virziena atbalsta reakcijas spēkam, un tad vispār nebūs par ko runāt). Ja par balstu uzskatām slīpo plakni un iekavās esošais teikums ir ironija, tad, atrisinot vienādojumu Ņūtona otrajam likumam, kas šajā gadījumā arī būs nosacījums ķermeņa līdzsvaram uz slīpas plaknes, uzrakstīts projekcijas uz Y asi, mēs iegūstam svara izteiksmi, kas nav gravitācijas spēks:

Tātad šajā gadījumā nepietiek ar apgalvojumu, ka ķermeņa svars ir vienāds ar gravitācijas spēku, kad ķermenis un balsts ir nekustīgi attiecībā pret Zemi.

Sniegsim piemēru ar balstiekārtu, kas ir nekustīga attiecībā pret Zemi un ķermeni uz tās. Pozitīvi lādēta metāla lodīte uz kvēldiega tiek novietota vienmērīgā elektriskajā laukā tā, lai kvēldiegs izveidotu noteiktu leņķi ar vertikāli. Noskaidrosim lodes svaru no nosacījuma, ka visu spēku vektora summa miera stāvoklī esošam ķermenim ir nulle.

Kā redzat, iepriekš minētajos gadījumos ķermeņa svars nav vienāds ar gravitācijas spēku, ja ir izpildīts nosacījums par atbalsta, balstiekārtas un korpusa nekustīgumu attiecībā pret Zemi. Iepriekšminēto gadījumu īpatnības ir attiecīgi berzes spēka un Kulona spēka esamība, kuru klātbūtne faktiski noved pie tā, ka ķermeņi tiek aizturēti no kustības. Vertikālajai balstiekārtai un horizontālajam atbalstam nav nepieciešami papildu spēki, lai novērstu ķermeņa kustību. Līdz ar to atbalsta, balstiekārtas un korpusa nekustīguma stāvoklim attiecībā pret Zemi varētu piebilst, ka šajā gadījumā balsts ir horizontāls, bet piekare ir vertikāla.

Bet vai šis papildinājums atrisinātu mūsu jautājumu? Patiešām, sistēmās ar vertikālu balstiekārtu un horizontālu atbalstu var darboties spēki, kas samazina vai palielina ķermeņa svaru. Tie var būt, piemēram, Arhimēda spēks vai Kulona spēks, kas vērsts vertikāli. Apkopojot vienu balstu vai vienu balstiekārtu: ķermeņa svars ir vienāds ar gravitācijas spēku, kad ķermenis un balsts (vai balstiekārta) atrodas miera stāvoklī (vai vienmērīgi un taisni kustas) attiecībā pret Zemi, un tikai reakcija. atbalsta spēks (vai balstiekārtas elastīgais spēks) un spēks iedarbojas uz ķermeņa smagumu. Citu spēku neesamība savukārt liek domāt, ka balsts ir horizontāls, balstiekārta ir vertikāla.

Apskatīsim gadījumus, kad ķermenis ar vairākiem balstiem vai (un) balstiekārtām atrodas miera stāvoklī (vai vienmērīgi un taisni pārvietojas ar tiem attiecībā pret Zemi) un uz to neiedarbojas nekādi citi spēki, izņemot atbalsta, elastīgā, reakcijas spēkus. balstiekārtas spēki un pievilcība Zemei. Izmantojot svara spēka definīciju Kasjanovs V.A. (7), mēs atrodam ķermeņa saišu kopējo elastības spēku pirmajā un otrajā gadījumā, kas parādīts attēlos. Saišu elastīgo spēku ģeometriskā summa F, kas pēc moduļa ir vienāds ar ķermeņa svaru, pamatojoties uz līdzsvara stāvokli, patiesībā ir vienāds ar gravitācijas spēku un pretējs tam virzienā, kā arī plakņu slīpuma leņķi pret horizontu un novirzes leņķi. balstiekārtas no vertikāles neietekmē gala rezultātu.

Apsveriet piemēru (attēls zemāk), kad sistēmā, kas ir nekustīga attiecībā pret Zemi, ķermenim ir balsts un balstiekārta, un sistēmā nedarbojas nekādi citi spēki, izņemot saišu elastības spēkus. Rezultāts ir tāds pats kā iepriekš. Ķermeņa svars ir vienāds ar gravitāciju.

Tātad, ja ķermenis atrodas uz vairākiem balstiem un (vai) balstiekārtām un balstās uz tiem (vai pārvietojas vienmērīgi un taisni) attiecībā pret Zemi, ja nav citu spēku, izņemot gravitācijas un saišu elastības spēkus, tā svars ir vienāds ar gravitācijas spēks. Tajā pašā laikā balstu un balstiekārtu atrašanās vieta telpā un to skaits neietekmē gala rezultātu.

Apskatīsim piemērus ķermeņa svara noteikšanai neinerciālās ziņošanas sistēmās.

1. piemērs. Atrodiet ķermeņa svaru, kura masa ir m, kas pārvietojas kosmosa kuģī ar paātrinājumu a"tukšā" telpā (tik tālu no citiem masīviem ķermeņiem, ka to gravitāciju var atstāt novārtā).

Šajā gadījumā uz ķermeni iedarbojas divi spēki: inerces spēks un atbalsta reakcijas spēks. Ja paātrinājums modulī ir vienāds ar gravitācijas paātrinājumu uz Zemes, tad ķermeņa svars būs vienāds ar gravitācijas spēku uz Zemes, un kosmosa kuģa degunu astronauti uztvers kā griestus, bet asti kā grīda.

Šādā veidā radītā mākslīgā gravitācija astronautiem kosmosa kuģa iekšienē nekādā veidā neatšķirsies no “īstās” zemes.

Šajā piemērā tā mazuma dēļ mēs neņemam vērā gravitācijas spēka gravitācijas komponentu. Tad inerces spēks uz kosmosa kuģi būs vienāds ar gravitācijas spēku. Ņemot to vērā, mēs varam piekrist, ka ķermeņa svara cēlonis šajā gadījumā ir gravitācijas spēks.

Atgriezīsimies uz Zemi.

2. piemērs.

Virs zemes ar paātrinājumu a pārvietojas ratiņi, uz kuriem korpuss ir nostiprināts uz m masas vītnes, kas ar leņķi novirzās no vertikāles. Atrodiet ķermeņa svaru, neņemiet vērā gaisa pretestību.

Problēma ar vienu balstiekārtu, tāpēc svars pēc moduļa ir vienāds ar vītnes elastības spēku.

Tādējādi jūs varat izmantot jebkuru formulu, lai aprēķinātu elastības spēku un līdz ar to arī ķermeņa svaru (ja gaisa pretestības spēks ir pietiekami liels, tad tas būs jāņem vērā kā inerces spēka termins).

Strādāsim ar formulu

Tāpēc, ieviešot "ekvivalento" gravitāciju, mēs varam apgalvot, ka šajā gadījumā ķermeņa svars ir vienāds ar "ekvivalento" gravitāciju. Un visbeidzot mēs varam sniegt trīs formulas tā aprēķināšanai:

3. piemērs.

Atrodiet sacīkšu automašīnas vadītāja svaru ar masu m kustībā ar paātrinājumu a auto.

Pie lieliem paātrinājumiem sēdekļa atzveltnes atbalsta reakcijas spēks kļūst ievērojams, un mēs to ņemsim vērā šajā piemērā. Kopējais saišu elastības spēks būs vienāds ar atbalsta abu reakcijas spēku ģeometrisko summu, kas savukārt ir vienāda lieluma un virzienā pretēja inerces un gravitācijas spēku vektora summai. Šim uzdevumam mēs atrodam svara spēka moduli pēc formulām:

Efektīvais paātrinājums gravitācijas dēļ tiek atrasts tāpat kā iepriekšējā uzdevumā.

4. piemērs.

Bumbiņa uz vītnes ar masu m ir nostiprināta uz platformas, kas rotē ar nemainīgu leņķisko ātrumu ω attālumā r no tās centra. Atrodiet bumbiņas svaru.

Ķermeņa svara atrašana neinerciālās ziņošanas sistēmās dotajos piemēros parāda, cik labi darbojas (3) autoru piedāvātā ķermeņa svara formula. Nedaudz sarežģīsim situāciju 4. piemērā. Pieņemsim, ka bumba ir elektriski uzlādēta un platforma kopā ar visu tās saturu atrodas vienmērīgā vertikālā elektriskajā laukā. Kāds ir bumbiņas svars? Atkarībā no kulona spēka virziena ķermeņa svars samazināsies vai palielināsies:

Sagadījās tā, ka jautājums par svaru, protams, izvērtās līdz jautājumam par gravitācijas spēku. Ja gravitācijas spēku definējam kā planētas (vai jebkura cita masīva objekta) pievilkšanās spēku un inerces rezultantu, ņemot vērā ekvivalences principu, atstājot miglā paša inerces spēka izcelsmi. , tad abas gravitācijas spēka sastāvdaļas vai viena no tām vismaz izraisa ķermeņa svaru. Ja sistēmā līdzās gravitācijas pievilkšanas spēkam, inerces spēkam un saišu elastības spēkiem ir arī citas mijiedarbības, tad tās var palielināt vai samazināt ķermeņa svaru, novest pie stāvokļa, kad ķermenis kļūst vienāds ar nulli. Un šīs citas mijiedarbības dažos gadījumos var izraisīt svara pieaugumu. Uzlādēsim bumbu uz plānas nevadošas vītnes kosmosa kuģī, kas vienmērīgi un taisni pārvietojas tālā "tukšā" telpā (pievilkšanas spēkus to mazuma dēļ ņemsim vērā). Novietojam bumbu elektriskajā laukā, vītne izstiepsies, un parādīsies svars.

Apkopojot teikto, secinām, ka ķermeņa svars ir vienāds ar gravitācijas spēku (vai līdzvērtīgs gravitācijas spēkam) jebkurā sistēmā, kur uz ķermeni neiedarbojas citi spēki, izņemot gravitācijas spēku spēkus, saišu inerce un elastība. Smaguma spēks jeb "ekvivalents" gravitācijas spēks visbiežāk ir svara spēka cēlonis. Svara spēkam un gravitācijas spēkam ir atšķirīgs raksturs un tie tiek piemēroti dažādiem ķermeņiem.

Bibliogrāfija.

1. Yavorskiy B.M., Detlaf A.A. Fizikas rokasgrāmata inženieriem un augstskolu studentiem, M., Nauka, 1974, 944 lpp.

2. Yavorskiy BM, Selezneva Yu.A. Fizikas atsauces rokasgrāmata

iestāšanās augstskolās un pašizglītība., M., Zinātne, 1984, 383s.

3. Koškins N.I., Širkēvičs M.G. Elementārās fizikas rokasgrāmata., M., Nauka, 1980, 208s.

4. Kuhling H. Fizikas rokasgrāmata., M., Mir, 1983, 520. gadi.

5. Kasatkina I.L. Fizikas pasniedzējs. Teorija. Mehānika. Molekulārā fizika. Termodinamika. Elektromagnētisms. Rostova pie Donas, Fīniksa, 2003, 608s.

6. Kamenetsky S.E., Orekhov V.P. Fizikas uzdevumu risināšanas metodika vidusskolā., M., Izglītība, 1987, 336s.

7. Kasjanovs V.A. Fizika. 10. klase., M., Bustards, 2002, 416s.

Šajā rindkopā atgādināsim par gravitācijas spēku, centripetālo paātrinājumu un ķermeņa svaru.

Katru planētas ķermeni ietekmē Zemes gravitācija. Spēku, ar kādu Zeme pievelk katru ķermeni, nosaka formula

Lietošanas punkts atrodas ķermeņa smaguma centrā. Gravitācija vienmēr norāda taisni uz leju.

Tiek saukts spēks, ar kādu ķermenis tiek piesaistīts Zemei Zemes gravitācijas lauka ietekmē pēc gravitācijas. Saskaņā ar universālās gravitācijas likumu uz Zemes virsmas (vai tās tuvumā) ķermenis ar masu m iedarbojas uz gravitācijas spēku

F t = GMm / R 2

kur M ir Zemes masa; R ir Zemes rādiuss.
Ja uz ķermeni iedarbojas tikai gravitācija un visi pārējie spēki ir savstarpēji līdzsvaroti, ķermenis veic brīvu kritienu. Saskaņā ar Ņūtona otro likumu un formulu F t = GMm / R 2 brīvā kritiena paātrinājuma moduli g atrod pēc formulas

g = F t / m = GM / R 2.

No formulas (2.29) izriet, ka gravitācijas paātrinājums nav atkarīgs no krītošā ķermeņa masas m, t.i. visiem ķermeņiem noteiktā Zemes vietā tas ir vienāds. No formulas (2.29) izriet, ka Ft = mg. Vektora formā

F t = mg

5. § tika atzīmēts, ka, tā kā Zeme nav sfēra, bet gan revolūcijas elipsoīds, tās polārais rādiuss ir mazāks par ekvatoriālo. No formulas F t = GMm / R 2 redzams, ka šī iemesla dēļ gravitācijas spēks un tā radītais gravitācijas paātrinājums polā ir lielāks nekā pie ekvatora.

Smaguma spēks iedarbojas uz visiem ķermeņiem Zemes gravitācijas laukā, bet ne visi ķermeņi nokrīt uz Zemi. Tas ir saistīts ar to, ka daudzu ķermeņu kustību kavē citi ķermeņi, piemēram, balsti, piekares vītnes u.c. Ķermeņus, kas ierobežo citu ķermeņu kustību sauc savienojumiem. Smaguma spēka ietekmē saites tiek deformētas un deformētās saites reakcijas spēks saskaņā ar Ņūtona trešo likumu līdzsvaro gravitācijas spēku.

Smaguma paātrinājumu ietekmē Zemes rotācija. Šī ietekme ir izskaidrota šādi. Ar Zemes virsmu saistītās atskaites sistēmas (izņemot divas ar Zemes poliem saistītās) nav, stingri ņemot, inerciālas atskaites sistēmas – Zeme griežas ap savu asi, un līdz ar to kustas pa apļiem ar centripetālo paātrinājumu un tādām atskaites sistēmām. Šī atskaites sistēmu neinerce īpaši izpaužas faktā, ka gravitācijas paātrinājuma vērtība dažādās Zemes vietās ir atšķirīga un ir atkarīga no tās vietas platuma, kurā atrodas ar Zemi saistītā atskaites sistēma. atrodas, attiecībā pret kuru tiek noteikts gravitācijas paātrinājums.

Mērījumi, kas veikti dažādos platuma grādos, ir parādījuši, ka gravitācijas paātrinājuma skaitliskās vērtības maz atšķiras viena no otras. Tāpēc ar ne pārāk precīziem aprēķiniem var neņemt vērā ar Zemes virsmu saistīto atskaites kadru neinerci, kā arī Zemes formas atšķirību no sfēriskās, un pieņemt, ka gravitācijas paātrinājums jebkurā vietā. Zeme ir tāda pati un vienāda ar 9,8 m / s 2.

No universālās gravitācijas likuma izriet, ka gravitācijas spēks un tā izraisītais gravitācijas paātrinājums samazinās, palielinoties attālumam no Zemes. Augstumā h no Zemes virsmas brīvā kritiena paātrinājuma moduli nosaka pēc formulas

g = GM / (R + h) 2.

Tika konstatēts, ka 300 km augstumā virs Zemes virsmas gravitācijas paātrinājums ir par 1 m/s2 mazāks nekā uz Zemes virsmas.
Līdz ar to Zemes tuvumā (līdz pat vairāku kilometru augstumam) gravitācijas spēks praktiski nemainās, un tāpēc ķermeņu brīvais kritiens Zemes tuvumā ir vienmērīgi paātrināta kustība.

Ķermeņa masa. Bezsvara stāvoklis un pārslodze

Tiek saukts spēks, kurā ķermenis, pateicoties pievilcībai Zemei, iedarbojas uz tā balstu vai balstiekārtu ķermeņa masa. Atšķirībā no gravitācijas, kas ir ķermenim pieliktais gravitācijas spēks, svars ir elastīgs spēks, kas tiek pielikts balstam vai balstiekārtai (t.i., saitei).

Novērojumi liecina, ka ķermeņa P svars, kas noteikts uz atsperes svariem, ir vienāds ar gravitācijas spēku F t, kas iedarbojas uz ķermeni tikai tad, ja līdzsvars ar ķermeni attiecībā pret Zemi atrodas miera stāvoklī vai kustas vienmērīgi un taisni; Šajā gadījumā

P = F t = mg.

Ja ķermenis pārvietojas ar paātrinājumu, tad tā svars ir atkarīgs no šī paātrinājuma vērtības un no tā virziena attiecībā pret gravitācijas paātrinājuma virzienu.

Kad ķermenis ir piekārts uz atsperes līdzsvara, uz to iedarbojas divi spēki: gravitācijas spēks F t = mg un atsperes elastības spēks F yp. Ja šajā gadījumā ķermenis pārvietojas vertikāli uz augšu vai uz leju attiecībā pret brīvā kritiena paātrinājuma virzienu, tad spēku F t un F yn vektora summa dod rezultantu, izraisot ķermeņa paātrināšanos, t.i.

F t + F paka = ma.

Saskaņā ar iepriekš minēto jēdziena "svars" definīciju varat rakstīt, ka P = -F yп. No formulas: F t + F paka = ma. ņemot vērā, ka F T = mg, no tā izriet, ka mg-ma = -F yп ... Tāpēc P = m (g-a).

Spēki F t un F yn ir vērsti pa vienu vertikālu taisni. Tāpēc, ja ķermeņa a paātrinājums ir vērsts uz leju (t.i., sakrīt virzienā ar gravitācijas paātrinājumu g), tad modulis

P = m (g-a)

Ja ķermeņa paātrinājums ir vērsts uz augšu (t.i., pretēji gravitācijas paātrinājuma virzienam), tad

P = m = m (g + a).

Līdz ar to tāda ķermeņa svars, kura paātrinājums virzienā sakrīt ar gravitācijas paātrinājumu, ir mazāks par ķermeņa svaru miera stāvoklī, un tāda ķermeņa svars, kura paātrinājums ir pretējs brīvā kritiena paātrinājuma virzienam, ir lielāks par ķermeņa svars miera stāvoklī. Ķermeņa svara pieaugumu, ko izraisa tā paātrinātā kustība, sauc pārslodze.

Brīvā kritienā a = g. No formulas: P = m (g-a)

no tā izriet, ka šajā gadījumā P = 0, tas ir, svara nav. Līdz ar to, ja ķermeņi pārvietojas tikai gravitācijas ietekmē (t.i., brīvi krīt), tie atrodas stāvoklī bezsvara stāvoklis... Raksturīga šī stāvokļa iezīme ir deformāciju un iekšējo spriegumu neesamība brīvi krītošos ķermeņos, ko miera stāvoklī esošajos ķermeņos izraisa gravitācija. Ķermeņu bezsvara cēlonis ir tas, ka gravitācijas spēks brīvi krītošam ķermenim un tā balstam (vai balstiekārtai) piešķir vienādus paātrinājumus.