Tömeg és testtömeg. A súly és a tömeg közötti különbség

A program tizenötödik sorozata az új fizikai mennyiségeknek - a test tömegének és súlyának - szentelődik. Ezeket a fogalmakat gyakran összekeverik, és a súlyt kilogrammban mérik. De ez durva hiba, és Daniel Edisonovich Quark professzor meg fogja magyarázni, miért van ez így. Lehetséges-e megváltoztatni a testsúlyát, vagy akár teljesen súlytalanná tenni? A fizika igennel válaszol. Szeretné tudni, hogyan kell csinálni? Ezután nézze meg az Akadémia fizika leckéjét szórakoztató tudományok a testtömegről és a súlyról.

Tömeg és testtömeg

Mi a különbség a tömeg és a testtömeg között? Úgy tűnik, ez egy és ugyanaz. De akkor miért tudjuk a mérlegen állva bizonyos műveletek (karemelés vagy törzshajlítás) elvégzésével megváltoztatni a leolvasásukat? Ezeknek a kérdéseknek a tisztázásához egy fizika videóórára van szüksége. Igen, van különbség. A fizika szempontjából helytelen megkérdezni az eladót, hogy ez vagy az a termék mennyit nyom. És jogos megkérdezni, hogy mekkora a tömege! A súly egy vektormennyiség, erő. Mindig van iránya. Állandó testsúllyal a súlya változtatható. Például, ha egy banánt a mérlegre teszünk és a kezünkkel megnyomjuk, nagyobb súlyt kapunk, miközben a banán tömege változatlan marad. A test súlya az az erő, amellyel ez a test a talajhoz vonzódva rányomja a támasztékot vagy megfeszíti a felfüggesztést. Ha a testtömeget kilogrammban mérjük, akkor a súlyt, mint minden erőt, newtonban mérjük. Most már világos, miért helytelen azt állítani, hogy a test súlya annyi kilogrammal egyenlő? Tehát a testsúlyt mindig newtonban mérik, míg a testtömeget grammban, kilogrammban stb. A testsúllyal ellentétben a testtömeg nem állandó érték. Növekedhet vagy csökkenhet, miközben a testsúly változatlan marad. A testtömeg egy skaláris mennyiség. Miért kezd el "elakadni a lélegzete", ha erősen hintázik a hintán? Quark professzor úgy véli, hogy ez a súlytalanság érzése, hasonló ahhoz, ami az űrben történik. Hogy van az, hogy a testsúly válik nulla még ha csak egy pillanatra is? És ez azért derül ki, mert az esés pillanatában a test nem nyomja meg semmit, és nem késlelteti semmit, ezért nincs súlya. Íme egy másik példa, amely bizonyítja, hogy egy test súlya változhat ugyanazzal a tömeggel. Minden test súlya kisebb a vízben, mint a szárazföldön. Különben nem tudtunk úszni, hanem egyenesen a fenékre mentünk. Az 1 tonnás elefánt szárazföldön többet nyom, mint vízben. A 30 tonnánál nagyobb tömegű bálnák madarak módjára képesek szárnyalni a vízben.

Melyik szót használod gyakrabban: „tömeg” vagy „súly”? Szerintem ez a szakmádtól függ. Ha Ön fizikatanár, akkor a „tömeg” szó gyakrabban jelenik meg a beszédében. Ha Ön eladó egy boltban, akkor naponta sokszor hallja és kimondja a „súly” szót. Mi a különbség tömeg és súly között, és hol szakmai tevékenység? A tömeg és a súly szinonimák, de nem abszolút. Kezdetnek mindkét szónak több jelentése van. Ez könnyen látható az ilyen kifejezések példáján: „a hangod súlya”, „a terhelés súlya”, „a különbségek tömege”, „testsúly”. E szavak alapvető jelentése a mindennapi életben egybeesik, de a tudományban, különösen a fizikában jelentősek a tömeg és a súly közötti különbségek. Így, súly- ez fizikai mennyiség, amely meghatározza a testek inert és gravitációs tulajdonságait. A tömeg határozza meg az anyag mennyiségét egy tárgyban. A súlyt az az erő, amellyel egy tárgy rányom egy támasztékot, hogy ne essen le. E definíció alapján arra a következtetésre jutunk, hogy a súly esetében a gravitációs komponens kötelező a helyes definíció megadásához. Tehát például, ha egy űrhajós súlya a Földön 80 kg, akkor a pályán lévő súlya majdnem nulla lesz, a Holdon kevesebb, mint 15 kg, a Jupiteren pedig majdnem 200 kg. Ugyanakkor tömege minden esetben változatlan marad.

Hivatalosan a tömegnek és a súlynak más mértékegysége van, tömeg - kilogramm, súly - newton. Érdekesség, hogy az orvostudományban hagyományosan az "ember súlya", "újszülött súlya" fogalmával foglalkozunk, amelyet kilogrammban mérnek, vagyis valójában tömegről beszélünk. Ugyanakkor a tömeg nem jelenti semmilyen erő hatását, például a súlyt. Ez az érték nyugalomban és tehetetlenségben számítandó.

A leletek oldala

1. A tömeg alapvető fizikai mennyiség, amely meghatározza az anyag mennyiségét és a test inert tulajdonságait. A súly az az erő, amellyel egy tárgy rányom egy támasztékot, és ez a gravitációtól függ. Például egy személy tömege a különböző bolygókon változatlan marad, de a súlya a gravitációs erőtől függően változik.
2. A tömeget általában kilogrammban, a súlyt newtonban mérik.

Rendszeresen találkozom azzal, hogy az emberek nem értik a súly és a tömeg közötti különbséget. Ez általában érthető, hiszen egész életünkben a Föld gravitációs mezejében vagyunk, ami nem hagyja abba a működését, és ezek a mennyiségek állandóan összefüggenek számunkra. És ezt az összefüggést nyelvileg is erősíti, hogy mérleg segítségével felismerjük a masszát, "lemérjük" magunkat vagy mondjuk a termékeket a boltban.
De azért próbáljuk meg kioldani ezeket a fogalmakat.

Nem fogunk belemenni a finomságokba (például különböző g-k a Föld különböző helyein és egyéb dolgok). Megjegyzem, hogy mindez benne van az iskolai fizika tantárgyban, ezért ha az alábbiak mindegyike nyilvánvaló számodra, akkor ne azokra káromkodj, akiknek nem volt idejük megérteni ezeket, hanem ugyanakkor azokat, akik úgy döntöttek, hogy elmagyarázzák ez már századszor.) Remélem, lesznek olyanok, akiknek ez a jegyzet feltölti apparátusát a körülöttük lévő világ megértéséhez.

Akkor gyerünk. Egy test tömege a tehetetlenségének mértéke. Azaz annak mértéke, hogy mennyire nehéz ennek a testnek a sebességét modulo (gyorsítani vagy lassítani) vagy irányban megváltoztatni. Az SI rendszerben kilogrammban (kg) mérik. Általában m betűvel jelölik. Ez egy változatlan paraméter, mind a Földön, mind az űrben.

Gravitáció, SI-egységben, Newtonban (N) mérve. Ez az az erő, amellyel a Föld vonzza a testet, és egyenlő az m * g szorzattal. A g együttható 10 m/s2, ezt szabadesési gyorsulásnak nevezzük. Ezzel a gyorsulással a test támasz nélkül mozogni kezd a földfelszínhez képest (különösen, ha a test álló állapotból indul ki, sebessége másodpercenként 10 m/s-kal nő).

Tekintsünk most egy m tömegű testet, amely mozdulatlanul fekszik egy asztalon. A határozottság kedvéért legyen a tömeg 1 kg. A mg gravitáció erre a testre függőlegesen lefelé hat (valójában magát a függőlegest pontosan a gravitáció iránya határozza meg), ami 10 N. A mértékegységek technikai rendszerében ezt az erőt kilogramm-erőnek (kgf) nevezik.

Az asztal nem engedi, hogy a testünk felgyorsuljon, függőlegesen felfelé irányuló N erővel hat rá (helyesebb ezt az erőt az asztalról lehúzni, de hogy a vonalak ne fedjék egymást, a középpontból is rajzolok). a test):

N-t a támasz reakcióerejének nevezzük, kiegyenlíti a gravitációs erőt (ebben az esetben abszolút értékében ugyanaz a 10 Newton), így az eredő F erő (az összes erő összege) nulla: F = mg - N = 0.

Azt pedig, hogy az erők kiegyenlítettek, azt Newton F = m * a második törvényéből láthatjuk, amely szerint ha az a test gyorsulása nulla (vagyis vagy nyugszik, mint esetünkben, vagy egyenletesen mozog, ill. egyenesen), akkor az eredő F erő is egyenlő nullával.

Most végre elmondhatjuk, mi a súly - ez az az erő, amellyel a test hat az állványra vagy a felfüggesztésre. Newton harmadik törvénye szerint ez az erő ellentétes az N erővel, és abszolút értékben egyenlő vele. Vagyis ebben az esetben ugyanaz a 10 N = 1 kgf. Talán úgy tűnik, hogy mindez szükségtelenül bonyolult, és azonnal ki kellett volna mondanod, hogy a súly és a gravitáció egy és ugyanaz? Hiszen irányuk és nagyságuk egybeesik.

Nem, valójában jelentősen különböznek egymástól. A gravitációs erő folyamatosan hat. A súly a test gyorsulásától függően változik. Mondjunk példákat.

1. Elindul egy gyorslift (nagysebességű, hogy a gyorsítási fázis hatékonyabb / észrevehetőbb legyen). Az Ön tömege mondjuk 70 kg (az alábbi számokat átszámolhatja a tömegére vonatkozóan). Az Ön súlya egy álló felvonóban (indulás előtt) 700 N (vagy 70 kgf). A felfelé történő gyorsulás pillanatában a keletkező F erő felfelé irányul (ez gyorsít fel), az N reakcióerő meghaladja a mg gravitációs erőt, és mivel a súlyod (az az erő, amellyel a talajra hat) lift) modulo N, akkor az úgynevezett túlterhelést tapasztalja. Ha a felvonó g gyorsulással gyorsulna, akkor 140 kgf súlyt, azaz 2g-os túlterhelést tapasztalna, ami a nyugalmi súly kétszerese. Valójában normál üzemmódban nincsenek ilyen túlterhelések a felvonókban, a gyorsulás általában nem haladja meg az 1 m/s2-t, ami mindössze 1,1 g túlterheléshez vezet. A súly a mi esetünkben 77 kgf lesz. Amikor a felvonó felgyorsult a kívánt sebességre, a gyorsulás nulla, a súly visszatér a kezdeti 70 kgf-ra. Lassításkor a tömeg éppen ellenkezőleg csökken, és ha a gyorsulási modulo 1 m/s2, akkor a túlterhelés 0,9 g lesz. Ellenkező irányban (lefelé) haladva a helyzet fordított: gyorsításnál csökken a súly, egyenletes szakaszon visszaáll a súly, lassításnál nő.

2. Futsz és a nyugalmi súlyod még mindig 70 kgf. A futás pillanatában, amikor a földről lökdössz, súlyod meghaladja a 70 kgf-ot. És miközben repülsz (egyik lábad a talajtól el van távolítva, a másik még nem ért hozzá), a súlyod nulla (mivel sem az alapra, sem a kardánra nem hat). Ez a súlytalanság. Valójában elég rövid. Így a futás a túlterhelés és a súlytalanság váltakozása.

Hadd emlékeztesselek arra, hogy a gravitációs erő ezekben a példákban nem tűnt el, nem változott, és elérte a „keményből megszerzett” 70 kgf = 700 N értéket.

Most hosszabbítsuk meg jelentősen a súlytalanság fázisát: képzelje el, hogy az ISS-en (Nemzetközi Űrállomáson) tartózkodik. Ugyanakkor a gravitációt nem küszöböltük ki - továbbra is rád hat -, de mivel te és az állomás is ugyanabban a keringési mozgásban van, súlytalanságban vagy az ISS-hez képest. Elképzelheti magát bárhol a világűrben, csak az ISS egy kicsit valósághűbb.)

Milyen lesz az interakciód a tárgyakkal? 70 kg a tömeged, a kezedbe veszel egy 1 kg tömegű tárgyat, eldobod magadtól. Az impulzusmegmaradás törvényének megfelelően egy 1 kg-os, kevésbé masszív tárgy kapja meg a fő sebességet, és a dobás körülbelül olyan "könnyű", mint a Földön. De ha megpróbálsz egy 1000 kg súlyú tárgyról elrugaszkodni, akkor valójában ellököd magad tőle, mivel ebben az esetben te magad kapod meg a fő sebességet, és ahhoz, hogy felgyorsítsd a 70 kg-odat, fejlődnöd kell. több erőt. Ahhoz, hogy hozzávetőlegesen elképzeljem, milyen ez, most felmászhat a falhoz, és a kezével kilökheti onnan.

Most kint vagy az állomáson és a világűrbe kerültél, és valamilyen hatalmas tárgyat szeretnél manipulálni. Legyen a tömege öt tonna.

Őszintén szólva nagyon óvatos lennék egy öttonnás tárgy kezelésekor. Igen, súlytalanság meg minden. De csak az ISS-hez viszonyított kis sebessége elég ahhoz, hogy megnyomja az ujját vagy valami komolyabbat. Ezt az öt tonnát nehéz mozgatni: szétoszlatni, megállni.

És ahogy egy személy javasolta, nem akarom elképzelni magam két, egyenként 100 tonnás tárgy között. A legkisebb szembejövő mozdulatuk, és könnyen összetörnek. Teljesen, ami jellemző, a súlytalanság.)

És végül. Ha jól érzi magát az ISS körüli repülés közben, és falnak / válaszfalnak ütközik, akkor pontosan ugyanúgy megsérül, mintha ugyanolyan sebességgel futna, és nekiütődne a falnak / korlátnak a lakásában. Mert az ütközés csökkenti a sebességedet (vagyis mínusz előjellel ad gyorsulást), és a tömeged mindkét esetben azonos. Tehát Newton második törvénye szerint az ütközési erő arányos lesz.

Örülök, hogy az űrről szóló filmekben ("Gravity", "Interstellar", a "The Expanse" című sorozat) egyre valósághűbben (bár nem olyan hibáktól mentesen, mint a Sandra Bullocktól reménytelenül elrepülő George Clooney) jelenítik meg a 2010-ben leírt alapvető dolgokat. ez a poszt.

összefoglalom. A tömeg „elidegeníthetetlen” a tárgytól. Ha egy objektumot nehéz felgyorsítani a Földön (főleg, ha megpróbálta minimalizálni a súrlódást), akkor az űrben is ugyanolyan nehéz felgyorsítani. Ami a mérlegeket illeti, amikor rájuk áll, egyszerűen megméri az erőt, amellyel összenyomják, és a kényelem érdekében ezt az erőt nem Newtonban, hanem kgf-ben jelenítik meg. Ugyanakkor a "c" betű hozzáadása nélkül, hogy ne keverje össze.)

NÁL NÉL modern tudomány súly és tömeg különböző fogalmak. A súly az az erő, amellyel a test egy vízszintes támasztékra vagy függőleges felfüggesztésre hat. A tömeg egy test tehetetlenségének mértéke.

Súly kilogrammban mérve, és a súlyt newtonban. A tömeg a tömeg és a szabadesési gyorsulás (P = mg) szorzata. A súly értéke (állandó testtömeg mellett) arányos a szabadesés gyorsulásával, amely a föld (vagy más bolygó) felszíne feletti magasságtól függ. És ha még pontosabban, akkor a súly Newton 2. törvényének sajátos definíciója - az erő egyenlő a tömeg és a gyorsulás szorzatával (F = ma). Ezért Newtonban számítják, mint minden erőt.

Súlyállandó dolog, a súlyt, szigorúan véve például attól függ, hogy milyen magasságban helyezkedik el a test. Ismeretes, hogy a magasság növekedésével a szabadesés gyorsulása csökken, és ennek megfelelően csökken a test súlya, azonos mérési feltételek mellett. Tömege állandó marad.
Például súlytalanság körülményei között minden testnek nulla a súlya, és minden testnek megvan a saját tömege. És ha a test nyugalmi állapotában a súlyok értéke nulla lesz, akkor az azonos sebességű testek súlyának eltalálásakor az ütközés más lesz.

Érdekes módon a Föld napi forgása következtében szélességi súlycsökkenés következik be: az egyenlítőn körülbelül 0,3%-kal kevesebb, mint a sarkokon.

Mindazonáltal a súly és a tömeg fogalmának szigorú megkülönböztetése főként elfogadott fizika, és sok mindennapi helyzetben továbbra is a „súly” szót használják, amikor valójában beszélgetünk a "miséről". Egyébként, ha látja a terméken a „nettó tömeg” és „bruttó tömeg” feliratokat, ne ijedjen meg, a NETT a termék nettó tömege, a BRUTTÓ pedig a csomagolással együtt megadott tömeg.

Szigorúan véve, amikor a piacra megyünk, az eladóhoz fordulva azt kell mondani: „Kérlek, mérj egy kilogrammot” ... ”vagy „Adj 2 newton doktorkolbászt. Természetesen a "súly" kifejezés már a "tömeg" szinonimájaként gyökerezik, de ez nem teszi szükségessé annak megértését, hogy ez egyáltalán nem ugyanaz.

Ma egy jelentéktelennek tűnő, de valójában nagyon fontos témát vetünk fel. Nevezetesen azt elemezzük, hogy mi a különbség a tömeg és a tömeg között. Az iskolát végzett ember tudja, hogy a súly és a tömeg nem ugyanaz. De még a legnevesebb fizikus sem fogja azt mondani az eladónak: "Adj vissza" egy kilogramm almát. Azt fogja mondani, hogy „mérjük”, utalva az almatermék mennyiségére, nem pedig annak súlyosságára. Oldjuk meg ennek a helyzetnek a rejtélyét.

Fizika tankönyv lapozgatása

A súly egy erő, egy változó, newtonban mérve, egy fekvő tárgy támasztékára gyakorolt ​​hatást vagy a felfüggesztés feszültségét jelenti. A tömeg a testben lévő anyag mennyisége, kilogrammban, tonnában, fontban stb. számítva, állandó érték.

Álló objektumok esetén ezeknek a paramétereknek az értékei egyenesen arányosak. A mérés során meghatározzák azt az erőt, amellyel a termék az állványt nyomja, és az eredményjelző mutatja a tömegét. Nagyon kényelmes eladók és vásárlók számára.

Amikor különbség van

• Minél távolabb van a Föld középpontjától, annál kisebb a g, és annál könnyebb a test.
• Tehetetlenség. Amikor egy repülőgép vagy rakéta felszáll, a pilóta túlterhelést tapasztal. Az indítás tehetetlensége növelte a gravitációját, és megnőtt a támasztékra (székre) nehezedő nyomás. Éppen ellenkezőleg, amikor a lift lefelé halad, az utas könnyebbé válik, és kisebb nyomást gyakorol a padlóra.
• A leeső tárgynak nincs súlya, mivel K = g - g = 0. Ez a súlytalanság állapota, bár a tömeg ugyanaz marad.
• Más bolygók körülményei között a gravitáció megváltozik. A Holdon g = 1,62, a Marson pedig 3,86. Ugyanaz a test a Holdon 6-szor könnyebb, a Marson - 2,5-szer könnyebb, mint a Földön.

Miért történik zűrzavar

Az ember érzékeléseken keresztül érzékeli a világot. Nem érezzük a tömeget, de a súlyt igen. A lány kezében egy könyv. Ebben az esetben a tenyér támasztékot jelent. A könyv nyom, a kéz ellenáll. Az olvasó erőfeszítést érez a könyv megtartására. A reakció az egyetlen módja annak, hogy meghatározzuk a tömeget, amelyet a természet adott. Innen ered a fogalmak helyettesítésének oka, a nyelvi normák és a fizikai jelenségek közötti eltérés.