Что такое масса и вес в физике
Вес и масса: разница с точки зрения науки
Современным юным физикам и не только часто приходится сталкиваться с различными понятиями. Нередко возникает вопрос, в чем разница между массой и весом. Действительно, многие их путают и неверно употребляют в предложениях, хотя они обозначают не совсем одно и то же. Эти слова в некотором смысле являются синонимами. Так в чем разница веса и массы тела?
Общие понятия
Следует начать с определений интересующих нас слов. С точки зрения науки, вес – сила, с которой тело действует на опору, если она в горизонтальном положении, или подвес, если положение вертикальное. Масса же – физическая величина, измеряющая гравитационные и инертные свойства тел. Первая разница веса и массы в том, что вес измеряется в Ньютонах, а масса в килограммах, согласно международной системе единиц.
Вам будет интересно: Вопрошающий – это просьба или унижение?
В качестве примера, который поможет увидеть разницу двух понятий, можно привести даже человеческое тело. Если подпрыгнуть, то сразу же после отрыва от поверхности пола вес ваш будет стремительно уменьшаться вплоть до 0 (в самой верхней части траектории вы будете в невесомости, только этого не почувствуете). При этом масса ваша остается постоянной. Теперь вы знаете, как быстро сбросить вес.
Или же, например, вес космонавта на Земле был один, на Луне он бы уменьшился почти в 6 раз, а на других планетах увеличился в десятки раз. Но все это время его масса бы ни на грамм не изменилась.
Еще разница веса и массы в том, что первое понятие зависит от движения (скорости), а второе – нет.
Математическое выражение
Существует даже формула зависимости этих двух понятий, с помощью которой вес можно найти через массу и наоборот:
где P – вес, m – масса тела, g – ускорение свободного падения.
Также существует закон сохранения массы, который гласит, что какие бы процессы ни происходили, какие бы силы к телам ни прикладывались, их масса всегда остается постоянной.
Более того, так как вес является силой, то он имеет направление. Масса же – величина количественная, и ни о каком направлении здесь речи быть не может.
Разница массы и веса
Существенное отличие между этими понятиями заключается в том, что масса объекта остается постоянной, а вот вес может изменяться в зависимости от условий, например, он может зависеть от высоты, с которой тело падает вниз.
Также в состоянии невесомости вес предметов может быть равен нулю, в то время как их масса вовсе не нулевая и даже у каждого своя.
Интересно, что из-за повседневного вращения Земли вокруг своей оси в некоторых местах наблюдается уменьшение широтного веса.
Наше время
Сейчас люди практически не видят разницу массы и веса. Типичным примером этого является любая покупка в магазине, когда покупатель спрашивает у продавца информацию о весе продукта. С точки зрения науки, правильно было бы поинтересоваться его массой. Тем не менее на упаковках производитель указывает все как нужно.
Мы можем увидеть там такие надписи, как «масса нетто» (то есть масса чистого продукта) и «масса брутто» (масса продукта вместе с упаковкой). В результате этого масса и вес стали практически синонимами в потребительской сфере, и большинство людей искренне удивляются, когда кто-то пытается им доказать, что есть разница в массе и весе.
В настоящее время нет особых требований в том, чтобы каждый человек умел различать данные понятия. Скорее, это больше необходимо тем, кто занимается научной деятельностью.
Вес тела
Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).
Невесомость: что это такое
Невесомость — это состояние, при котором тело не давит на опору или подвес.
Само слово «невесомость» как бы подсказывает нам, что веса здесь быть не должно. При этом непонятно, что с ним тогда происходит. Давайте разбираться.
Вес тела
Вес — это сила, с которой тело действует на опору или подвес. Измеряется вес, как и любая другая сила, в Ньютонах.
«Но погодите! Вес же измеряют в килограммах — я вот вешу 50»
Это не совсем верно. В быту мы часто подменяем понятие «масса» понятием «вес» и говорим: вес чемодана — десять килограммам. В физике это два совершенно разных понятия, которые при этом взаимосвязаны.
Если у вас неподалеку есть весы — приглашаем в эксперимент! Один нюанс: наша затея сработает именно с механическими весами, но не с электронными. Поехали!
Шаг 1. Если встать на весы ровно и не двигаться — ваш вес будет высчитываться по формуле:
P = mg
g — ускорение свободного падения [м/с2]
На планете Земля g = 9,8 м/с2
Здесь может возникнуть два возражения:
Точка приложения силы. Эта формула и правда аналогична силе тяжести. Вес тела в состоянии покоя численно равен массе тела, разница состоит лишь в точке приложения силы.
Сила тяжести — это сила, с которой Земля действует на тело, а вес — сила, с которой тело действует на опору. Это значит, что у них будут разные точки приложения: у силы тяжести к центру масс тела, а у веса — к опоре.
Весы измеряют силу. Весы работают таким образом, что измеряют вес тела — силу, с которой мы на них действуем, а показывают — массу. Можно сделать вывод, что весы — это динамометр (прибор, измеряющий силу).
Шаг 2. Теперь пошалим и резко встанем на носочки! Стрелка резко отклонилась влево, а потом вернулась на место. Вы придали себе ускорение, направленное вверх — в то время, как ускорение свободного падения всегда направлено к центру Земли (вниз).
Теперь вес тела вычисляем по формуле:
P = m (g-a)
g — ускорение свободного падения [м/с2]
a — ваше ускорение [м/с2]
На планете Земля g = 9,8 м/с2
Шаг 3. Последняя часть эксперимента — резко опуститься на пятки. Теперь вы сильнее давите на весы, потому что придали ускорение, направленное вниз. Стрелка весов отклонится вправо и вернется на место, когда вы придете в состояние покоя.
Формула веса примет вид:
P = m (g+a)
g — ускорение свободного падения [м/с2]
a — ваше ускорение [м/с2]
На планете Земля g = 9,8 м/с2
Кстати, если ровно стоять на весах, но взвешиваться в лифте — все будет работать наоборот. Если лифт едет вверх, то он как будто давит весами на человека, стоящего на них, а это как раз ситуация с увеличением веса. А если вниз — весы как будто бы от вас «убегают», чтобы показать меньшее значение.
Этот случай мы можем описать через 2 закон Ньютона. Возьмем лифт, который едет вниз. Обозначим силы на рисунке.
N – сила реакции опоры [Н];
mg – сила тяжести [Н];
a – ускорение, с которым движется лифт [м/с2].
При проецировании на ось y, направленную вниз, мы получаем:
А теперь нам понадобится третий закон Ньютона — по нему сила реакции опоры равна весу тела:
Попробуйте курсы подготовки к ЕГЭ по физике с опытным преподавателем в онлайн-школе Skysmart!
Снова невесомость
Ну что, с весом разобрались. А теперь давайте сделаем так, чтобы его не стало и получилась та самая невесомость.
Чтобы привыкнуть к ощущению невесомости в космосе, космонавты тренируется в специальных самолетах-лабораториях:
Он взлетает и начинает просто падать, чтобы ускорение самолета было равно ускорению свободного падения. В этот момент, в формуле веса из g вычитается равное ему значение и получается 0:
Вот мы и в невесомости!
Если они летят вокруг Земли, то да. Как писал Дуглас Адамс в книге «Автоспом по галактике»: «Летать просто. Нужно просто промахнуться мимо Земли».
Когда космический корабль обращается вокруг Земли, он просто пытается на нее упасть, но промахивается. Такой процесс происходит, когда корабль движется с первой космической скоростью, равной 7.9 км/с. Это та скорость, с которой корабль становится искусственным спутником Земли.
Кстати, есть еще вторая и третья космические скорости. Вторая космическая скорость — это скорость, которая нужна, чтобы корабль стал искусственным спутником Солнца, а третья — чтобы вылетел за пределы солнечной системы. Такие дела 🙂
Чем отличается вес от массы?
В современной науке вес и масса — разные понятия. Вес — сила, с которой тело действует на горизонтальную опору или вертикальный подвес. Масса же — мера инертности тела.
Масса измеряется в килограммах, а вес в ньютонах. Вес — это произведение массы на ускорение свободного падения (P = mg). Значение веса (при неизменной массе тела) пропорционально ускорению свободного падения, которое зависит от высоты над земной (или другой планеты) поверхностью. А если, еще точнее, то вес — это частное определение 2-го закона Ньютона — сила равна произведению массы на ускорение (F=ma). Поэтому его и вычисляют в Ньютонах, как все силы.
Масса — вещь постоянная, а вес, строго говоря, зависит, например, от высоты, на которой тело находится. Известно, что с увеличением высоты ускорение свободного падения падает, соответственно уменьшается и вес тела, при одних и тех же условиях измерения. Масса его остается постоянной.
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.
Интересно, что в результате суточного вращения Земли существует широтное уменьшение веса: на экваторе примерно на 0,3 % меньше, чем на полюсах.
И все же строгое различение понятий веса и массы принято в основном в физике, а во многих повседневных ситуациях слово «вес» продолжает использоваться, когда фактически речь идет о «массе». Кстати видя на товаре надписи: «масса нетто» и «масса брутто» не пугайтесь, НЕТТО — чистая масса продукта, а БРУТТО — масса с упаковкой.
Строго говоря, при походе на рынок, обращаясь к продавцу, следовало бы говорить: «Взвесьте, пожалуйста, килограммчик»…» или «Дайте ка 2 ньютона докторской колбасы». Конечно, термин «вес» уже прижился, как синоним термина «масса», но это не избавляет от необходимости понимать, что это вовсе не одно и то же.
Чем отличается масса от веса?
У терминов «масса» и «вес» существует несколько определений. Поэтому неудивительно, что порой бывает сложно разобраться в том, что действительно значат данные понятия и чем они отличаются между собой. Рассмотрим вес и массу с точки зрения физики.
Что такое масса?
Масса в физике – это скалярная величина. Она определяет свойства тела в ситуациях, когда его скорость существенно ниже скорости света. Массу разделяют на две разновидности:
Масса определяет, сколько вещества содержится в предмете, и выражается в килограммах. Численно она приблизительно соответствует весу тела в кгс (килограмм-сила), которое находится в состоянии покоя у земной поверхности. В обыденных ситуациях слова «вес» и «масса» часто употребляются в качестве синонимов, но это не одно и то же.
Интересный факт: часто на упаковках с продуктами можно встретить два значения массы – нетто и брутто, которые могут вызвать трудности. На самом деле здесь нет ничего сложного, поскольку масса нетто показывает, сколько весит продукт в чистом виде, а масса брутто – вместе с упаковкой.
Например, если вес космонавта на Земле составляет 80 кг, то на орбите он будет практически равен нулю, на Луне – около 15 кг, а на Юпитере – 200 кг. При этом масса во всех ситуациях остается одинаковой.
При измерении массы не принимается во внимание действие различных сил. Ее рассчитывают, когда тело находится в состоянии покоя и инертности. Примечательно, что в медицине обычно приходится иметь дело с такими понятиями, как «вес человека», хотя, по сути, речь идет о массе.
Что такое вес?
Вес, согласно определению, представляет собой силу, с которой тело действует на определенную опору. Она возникает в гравитационном поле и не дает телу упасть. Вес в физике измеряют в ньютонах (10 Н = 1 кгс). Также в научной литературе встречается другое определение веса – в качестве силы притяжения тела Землей.
Вес зависит от высоты, на которой находится тело. Его значение пропорционально ускорению свободного падения. Так как с увеличением высоты этот показатель снижается, то уменьшается и вес тела.
Интересный факт: вследствие суточного вращения Земли существует понятие широтного уменьшения веса. Так, на экваторе он приблизительно на 0,3% меньше по сравнению с полюсами.
Чем отличается масса от веса?
Главные отличия между массой и весом:
В чем разница между весом и массой
Масса и вес – это две различные величины. Масса обозначается буквой m и определяет количество вещества, содержащегося в теле. За стандартную единицу измерения принято использовать килограмм.
Что нужно знать об основных отличиях массы и веса
Величина связана с полностью, поэтому формула для нахождения выглядит следующим образом:
где за V — объем тела.
Масса – скалярная величина с направлением вертикально вниз относительно опоры. Ее формула имеет следующий вид:
где P обозначается в качестве веса тела, а g ускорения свободного падения с постоянным значением. При движении тела вертикально вниз формула расширяется:
Элемент а принимает значение ускорения выбранной системы. При движении вниз знак «-» меняется на «+»: P=m(g+a).
Вес указывает на тяжесть одного объекта, обуславливается силой, с которой воздействует на другой под действием силы тяжести. Вес приравнивается к силе, поэтому используется единица измерения ньютон. Весовая шкала не предназначена для измерения массы, потому как результаты не будут точными.
Условия свободного падения или невесомость не дадут возможности произвести точных измерений. Когда действие нормальной силы отсутствует, тогда весы выдают расплывчатые данные. Если массовая шкала изменится, то результат на Луне или на Марсе будет ошибочным.
Вывод
Отсюда следует, что масса является фундаментальной физической величиной, определяющей количество вещества. Вес определяет силу, с которой предмет совершает давление на опору. Масса связана с плотностью, а вес с гравитацией, поэтому они имеют разные характеристики.
Вычисления обоих величин выполняется разными формулами. При свободном падении весы не производят измерения.