Вес

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Гравитационные аномалии Земли по данным проекта «GRACE»

Вес — сила воздействия тела на опору (или подвес, или другой вид крепления), препятствующую падению, возникающая в поле сил тяжести[1][2]. Единица измерения веса в Международной системе единиц (СИ) — ньютон, иногда используется единица СГС — дина.

Свойства[править | править вики-текст]

Вес тела, покоящегося в инерциальной системе отсчёта, совпадает с силой тяжести, действующей на тело, и пропорционален массе и ускорению свободного падения в данной точке:

.
Широтное уменьшение силы тяжести mg

Ускорение свободного падения зависит от высоты над земной поверхностью и — ввиду несферичности Земли, а также ввиду её вращения — от географических координат точки измерения. В результате суточного вращения Земли существует широтное уменьшение веса: на экваторе вес примерно на 0,3 % меньше, чем на полюсах. Другим фактором, влияющим на значение и, соответственно, вес тела, являются гравитационные аномалии, обусловленные особенностями строения земной поверхности и недр в окрестностях точки измерения. Если тело находится вблизи другой планеты, а не Земли, то ускорение свободного падения будет определяться массой и размерами этой планеты, наряду с расстоянием между её поверхностью и телом.

При движении системы «тело» — «опора или подвес» относительно инерциальной системы отсчёта с ускорением вес перестаёт совпадать с силой тяжести:

.

Например, если ускорение (независимо от скорости) лифта направлено вверх, то вес находящегося в нём груза увеличивается, а если вниз, то уменьшается. Ускорение за счёт вращения Земли не входит в , оно уже учтено в . Состояние отсутствия веса (невесомость) наступает при удалении тела от притягивающего объекта, либо когда тело находится в свободном падении, то есть при .

Комментарий[править | править вики-текст]

Тело массой , вес которого анализируется, может стать субъектом приложения дополнительных сил, косвенно обусловленных присутствием гравитационного поля, в том числе силы Архимеда и трения. При этом воздействие изучаемого тела на опоры и подвесы будет опосредовано наличием указанных привходящих факторов.

В официальном определении, приведённом в преамбуле, отсутствует конкретизация, должны ли учитываться подобные факторы. Не оговорено также, обязательно ли роль опоры-подвеса должно играть упругое твёрдое тело и что если опор несколько. Кроме того, в публикациях встречаются и неэквивалентные дефиниции веса[3][4][5]. Отсюда, несмотря на ясность природы фигурирующих сил, возникают терминологические неопределённости.

Так, при учёте только вклада силы тяжести покоящемуся на наклонной поверхности телу приписывается направленный по нормали к опоре вес , где — угол наклона[4]. Но если учесть ещё и силу трения покоя (а она, по третьему закону Ньютона, приложена и к телу, и к опоре), то вектор веса станет равным [3]. Аналогично с силой Архимеда: в жидкости или газе с плотностью на тело действует подъёмная сила (где — объём тела), из-за которой воздействие тела на опору, скажем дно бассейна, уменьшается. Трактуя эту ситуацию, можно либо заявить, что вес тела снижается на вес вытесненного объёма воды, либо считать, что вес по-прежнему составляет и есть ещё подлежащая отдельному анализу архимедова сила. В целом, в литературе доминирует подход[1][6], при котором вес тела в покое вблизи Земли всегда приравнивается (что предполагает неучёт силы Архимеда, но учёт трения, а также всех имеющихся опор-подвесов совместно).

Для практических задач описанные неопределённости малосущественны, так как чаще всего рассматривается неподвижное тело на сухой горизонтальной поверхности.

Значимость[править | править вики-текст]

Понятие «вес» в физике не является необходимым[7]. В принципе, можно вообще отменить этот термин и говорить либо о «массе», либо о «силе»[8] такой-то природы. Использование понятия «вес» во многом связано просто с привычкой[7] и языковыми традициями.

Очевидно более содержательной величиной является суммарная сила воздействия на опору, в нерусскоязычных изданиях иногда именуемая «кажущимся весом» (англ. apparent weight, фр. poids apparent). Знание этой величины, например, может помочь оценить способность конструкции удержать изучаемое тело в данных условиях. В ряде случаев — скажем, в ситуации привязанного на улице шарика, наполненного гелием, — кажущийся вес может оказаться направленным против вектора ввиду влияния .

Измерение[править | править вики-текст]

Вес можно измерять с помощью пружинных весов, которые могут служить и для косвенного измерения массы, если их соответствующим образом проградуировать; рычажные весы в такой градуировке не нуждаются, так как в этом случае сравниваются массы, на которые действует одинаковое ускорение свободного падения или сумма ускорений в неинерциальных системах отсчёта. При взвешивании с помощью технических пружинных весов вариациями ускорения свободного падения обычно пренебрегают, так как влияние этих вариаций обычно меньше практически необходимой точности взвешивания.

На результате измерений может в некоторой степени сказаться сила Архимеда, если при взвешивании с помощью рычажных весов сравниваются тела с различной плотностью.

Вес и масса[править | править вики-текст]

В физике вес и масса — разные понятия. Вес — векторная величина, сила, с которой тело действует на горизонтальную опору или вертикальный подвес. Масса — скалярная величина, мера инертности тела (инертная масса) либо заряд гравитационного поля (гравитационная масса). У этих величин отличаются и единицы измерения (в системе СИ масса измеряется в килограммах, а вес — в ньютонах). Возможны ситуации с нулевым весом и ненулевой массой одного и того же тела, например, в условиях невесомости у всех тел вес равен нулю, а масса у каждого тела своя. И если в состоянии покоя тела показания весов будут нулевыми, то при ударе по весам тел с одинаковыми скоростями воздействие будет разным (см. закон сохранения импульса, закон сохранения энергии).

Вместе с тем строгое различение понятий веса и массы принято в основном в науке и технике, а во многих повседневных ситуациях слово «вес» продолжает использоваться, когда фактически речь идёт о «массе». Например, мы говорим, что какой-то объект «весит один килограмм», несмотря на то, что килограмм представляет собой единицу массы[9]. Кроме того, термин «вес» в значении «масса» традиционно используется в цикле наук о человеке — в словосочетании «вес тела человека»[10]. В связи с этим метрологические организации отмечают, что неправильное использование термина «вес» вместо термина «масса» должно прекращаться и во всех тех случаях, когда имеется в виду масса, должен использоваться термин «масса»[11][12].

История[править | править вики-текст]

III Генеральная конференция по мерам и весам, проведённая в 1901 году, подчеркнула, что термин «вес» обозначает величину той же природы, что термин «сила». Конференция определила вес тела как произведение массы тела на ускорение, обусловленное гравитационным притяжением. Стандартный вес тела конференцией был определён как произведение массы тела на стандартное ускорение, обусловленное гравитационным притяжением. В свою очередь для стандартного ускорения было принято значение 980,665 см/с2[13].

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 Рудой Ю. Г. Вес // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: Ааронова — Бома эффект — Длинные линии. — С. 262. — 707 с. — 100 000 экз.
  2. Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.: Физматлит; Изд-во МФТИ, 2005. — Т. I. Механика. — С. 373. — 560 с. — ISBN 5-9221-0225-7.
  3. 1 2 И. Е. Каган «Вес тела» (IX класс) // Фiзiка: праблемы выкладання. – 2001. – № 3. – С. 58-74.
  4. 1 2 С. В. Задорожная «Вес тела» // Сайт педаг. сообщ. «Урок.рф» (2016).
  5. Во многих иноязычных публикациях вес (см., например, начало немецкой версии статьи) синонимизируется с силой тяжести, что в российской педагогике считается ошибкой.
  6. Allen L. King (1963). «Weight and weightlessness». American Journal of Physics 30. DOI:10.1119/1.1942032. Bibcode1962AmJPh..30..387K.
  7. 1 2 "В. Г. Зубов" Механика. М.: Наука, 1978. - 352 с. // см. параграф 71, стр. 176: «В механике понятие веса является совершенно лишним. Но так как это слово простое, привычное, то им часто пользуются».
  8. The National Standard of Canada, CAN/CSA-Z234.1-89 Canadian Metric Practice Guide, January 1989: *5.7.3 Considerable confusion exists in the use of the term "weight." <…> In scientific and technical work, the term "weight" should be replaced by the term "mass" or "force," depending on the application.
  9. Ранее в технике широко использовалась единица силы килограмм-сила — одна из основных единиц системы МКГСС.
  10. Медицинская энциклопедия на Академике
  11. ISO 80000-4:2006, Quantities and units — Part 4: Mechanics.
  12. SI Units: Mass (англ.). Weights and Measures. NIST. Проверено 7 декабря 2016.
  13. Declaration on the unit of mass and on the definition of weight; conventional value of g (англ.). Resolution of the 3rd CGPM (1901). BIPM. Проверено 1 ноября 2015.

См. также[править | править вики-текст]

Видеоурок: вес тела
Логотип Викисловаря
В Викисловаре есть статья «вес»