Сила тяжіння і вага два поняття, які беруть участь в гравітаційному теорії поля фізики. Ці два поняття часто неправильно витлумачені і використовуються в неправильному контексті. Ця ситуація ускладнюється тим, що на повсякденному рівні поняття маси (властивість матерії) і ваги також сприймаються як щось тотожне. Саме тому правильне розуміння тяжкості і ваги важливо для науки. Найчастіше ці дві майже аналогічні концепції використовуються як взаємозамінні. У цій статті наведено огляд основних понять, їх прояви, окремі випадки, подібності і, нарешті, їх відмінності.
Аналіз основних понять:
Сила тяжіння
Сила, спрямована на об'єкт з боку планети Земля або з боку іншої планети у Всесвіті (будь-якого астрономічного тіла в широкому розумінні) є силою тяжіння. Сила є що спостерігається демонстрацією прояви сили гравітації. Чисельно виражається за рівнянням Fтяж = mg (g = 9.8м / c2).
Дана сила прикладена до кожної мікрочастинки тіла, на макрорівні це означає, що вона прикладена до центру тяжіння даного тіла, так як сили, що діють на будь-яку частку окремо, можна замінити рівнодіючої цих сил. Ця сила є векторної, завжди спрямованою до центру мас планети. З іншого боку Fтяж можна виразити через силу гравітації між двома тілами, зазвичай різними по масі. Буде спостерігатися обернено пропорційна зв'язаність з інтервалом між взаємодіючими об'єктами в квадраті (по формулі Ньютона).
У разі тіла на площині їм буде проміжок між тілом і центром маси планети, що є її радіус (R). Залежно від висоти тіла над поверхнею Fтяж і g змінюються, так як збільшується проміжок між пов'язаними об'єктами відповідно (R + h), де h показує висоту над поверхнею. Звідси випливає залежність, що чим вище знаходиться об'єкт над рівнем Землі, тим менше сила тяжіння і тим менше g.
Вага тіла, характеристики, зіставлення з силою тяжіння
Сила, з якою тіло діє на опору або вертикальний підвіс називається вагою тіла (W). Це векторна, спрямована величина. Атоми (або молекули) тіла відштовхуються від частинок підстави в результаті чого відбувається часткова деформація, як опори, так і об'єкта, виникають сили пружності і змінюється в деяких випадках незначно форма тіла і опори на макрорівні. Виникає сила реакції опори, паралельно на поверхні тіла також виникає сила пружності у відповідь на реакцію опори-це і є вага. Вага тіла (W) векторно протилежно спрямований силі реакції опори.
Окремі випадки, для всіх їх дотримується рівність W = m (g-a):
Підставка нерухома в разі об'єкта на столі, або рівномірно рухається з постійною швидкістю (a = 0) У цьому випадку W = Fтяж.
Якщо опора прискорюється вниз, тоді і тіло прискорюється вниз, тоді W менше Fтяж і вага зовсім дорівнює нулю, якщо прискорення дорівнює прискоренню вільного падіння (При g = a, W = 0) При цьому присутній прояв невагомості, опора рухається з прискоренням g і отже будуть відсутні різні напруги і деформації від прикладеної ззовні контактно-механічної сили. До невагомості, також можна прийти шляхом розміщення тіла в нейтральній точці між двома однаковими гравитирующих масами або видаленням об'єкта від джерела гравітації.
Однорідне гравітаційне поле за своєю суттю не може викликати "напруг" в тілі, так само як і тіло рухаючись під дією Fтяж не відчуватиме гравітаційний розгін і залишається невагомим, "стрес-вільним" тілом. Поблизу ж неоднорідного поля (масивних астрономічних об'єктів) вільно падаюче тіло буде відчувати на собі різні приливні сили і явище невагомості буде відсутній так як різні частини тіла будуть нерівномірно прискорюватися і змінювати свою форму.Підставка з тілом рухаються вгору. Рівнозначна всіх сил буде спрямована вгору отже Fреакціі опори буде більше Fтяж і W більше Fтяж і цей стан називається перевантаженням. Кратність перевантаження (К) - у скільки разів величина ваги більше Fтяж. Цю величину враховують, наприклад, при польотах в космос і військової авіації, так як в основному в цих сферах можна досягти значних швидкостей.
Перевантаження збільшує навантаження на органи людини, в основному найбільше навантажуються опорно руховий апарат і серце, внаслідок збільшення ваги крові і внутрішніх органів. Перевантаження так само є спрямованою величиною і її концентрацію в певному напрямку для організму потрібно враховувати (кров приливає до ніг або до голови і т.п.) Допустимі перевантаження до значення К не більше десяти.
Ключові відмінності
- Ці сили прикладені до неоднаковим "областям". Fтяж прикладена до центру тяжіння об'єкта, а вага прикладений до опори або підвісу.
- Відмінність полягає і в фізичної сутності: сила тяжіння - це гравітаційна сила, вага ж має електромагнітну природу. По суті тіло не схильне до деформації з боку зовнішніх сил знаходиться в невагомості.
- Fтяж і W можуть відрізнятися як за кількісним значенням, так і за спрямованістю, якщо прискорення тіла не дорівнює нулю, то Wтела або більше, або менше сили тяжіння, як в вищезгаданих випадках (якщо прискорення направлено під кутом, то W спрямований в бік прискорення).
- Вага тіла і сила тяжіння на полюсах планети і екваторі. На полюсі об'єкт, що лежить на поверхні рухається з прискоренням а = 0, так як знаходиться на осі обертання, отже, Fтяж і W будуть збігатися. На екваторі враховуючи обертання із заходу на схід, у тіла з'являється доцентровийприскорення і фокус всіх сил за законом Ньютона буде спрямований до центру планети, в сторону прискорення. Протиставлена силі тяжіння сила реакції опори буде спрямована так само до центру землі, але вона буде менше Fтяж і вага тіла відповідно буде менше Fтяж.
висновок
У 20-му столітті, поняття абсолютного простору і часу були оскаржені. Релятивістський підхід поставив не тільки всіх спостерігачів, але і переміщення або прискорення, на ті ж відносні основи. Це призвело до неясності щодо того, що саме мається на увазі під дією сили тяжіння і ваги. Шкалу в ускоряющемся ліфті, наприклад, не можна відрізнити від масштабу в гравітаційному полі.
Гравітаційна сила і вага, таким чином, стали по суті залежні від акту спостереження і спостерігача. Це викликало відмову від концепції, як зайвої в фундаментальних дисциплінах, таких як фізика і хімія. Проте, уявлення залишається важливим у викладанні фізики. Двозначність введені відносності привели, починаючи з 1960-х років, до дискусій про те, як визначити вагу, вибираючи між номінальним визначенням: сила, обумовлена дією сили тяжіння або оперативного визначення, що визначається безпосередньо актом зважування.
