На что действует вес
Вес тела
теория по физике 🧲 динамика
Вес тела — сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле давит на опору или растягивает подвес.
Согласно III закону Ньютона модуль веса тела определяется одной из следующих формул:
Если тело и опора или подвес неподвижны, то модули силы реакции опоры, силы натяжения подвеса, а также силы упругости равны модулю силы тяжести. Поэтому в неподвижной системе модуль веса неподвижного тела тоже равен модулю силы тяжести:
Если тело находится в состоянии невесомости, его вес равен нулю: P = 0. Это значит, что это тело не оказывает никакого действия ни на подвес, ни на опору.
Пример №1. Гиря массой 1 пуд стоит на полу. Определить вес гири.
Так как гиря покоится, ее вес будет равен модулю силы тяжести. 1 пуд = 16,38 кг. Следовательно:
P = mg = 16,38∙10 = 163,8 (Н)
Перегрузка
Перегрузка — отношение абсолютной величины линейного ускорения, вызванного негравитационными силами, к стандартному ускорению свободного падения на поверхности.
Перегрузка определяется отношением:
Перегрузка возникает, когда система, в которой находится тело, движется с ускорением.
Вес тела в движущейся равноускоренно системе
Вес тела в движущейся системе может быть больше или меньше веса того же тела в системе, которая находится в состоянии покоя:
Применение законов Ньютона для определения веса тела
Опора или подвес неподвижны
N + m g = m a или T + m g = m a
Проекция на ось ОУ:
N – mg = 0 или T — mg = 0
Ускорение опоры направлено вверх
Проекция на ось ОУ:
P = N = ma + mg = m(a + g)
Ускорение опоры направлено вниз
Проекция на ось ОУ:
P = N = mg – ma = m(g – a)
Вершина выпуклого моста
Проекция на ось ОУ:
Нижняя точка вогнутого моста
Проекция на ось ОУ:
Полный оборот на подвесе
Проекция на ось ОУ в точке А:
Вес тела в точке А:
Проекция на ось ОУ в точке В:
Вес тела в точке В:
Важно! Центростремительное ускорение всегда направлено к центру окружности.
Пример №2. Автомобиль массой 1000 кг едет по выпуклому мосту с радиусом кривизны 40 м. Какую скорость должен иметь автомобиль в верхней точке моста, чтобы пассажиры в этой точке почувствовали невесомость?
Вес тела в верхней точке выпуклого моста равен:
Чтобы пассажиры почувствовали состояние невесомости, вес тела должен быть равен 0:
Масса не может быть нулевой, поэтому:
Значит, пассажиры в верхней точке моста почувствуют невесомость, если центростремительное ускорение будет равно ускорению свободного падения. Центростремительное ускорение определяется формулой:
Отсюда скорость автомобиля в верхней точке моста должна быть равна:
Четыре одинаковых кирпича массой m каждый сложены в стопку (см. рисунок). Если убрать два верхних кирпича, то модуль силы N, действующей со стороны горизонтальной опоры на первый кирпич, уменьшится на…
Вес в динамике.
Весом тела называют силу, с которой тело вследствие его притяжения к земле действует на опору или подвес.
Вес тела – векторная физическая величина, обозначается буквой Р. Если тело покоится или равномерно и прямолинейно движется относительно Земли, то его вес по численному значению равен действующей на него силе тяжести:
где m – масса, g – ускорение свободного падения.
Вес и сила тяжести всегда приложены к разным телам: вес приложен к опоре или подвесу, а сила тяжести – к телу.
Вес и сила тяжести имеют разную физическую природу. Сила тяжести возникает вследствие взаимодействия тела и Земли. Вес – это сила, измеряемая весами, т. е. он возникает при взаимодействии тела и опоры (подвеса). При этом опора (подвес) и тело деформируются, вследствие чего появляется сила упругости. Из третьего закон Ньютона следует, что вес тела, т. е. сила, с которым он давит на опору (или растягивает подвес), по величине совпадает с силой, действующей со стороны опоры на данное тело. Силу, с которой опора давит на тело, находящееся на ней, называют силой реакции опоры. Если обозначить силу реакции опоры через N, то можно записать:
Это более общая формула, чем P = mg, поскольку она справедлива даже в том случае, если тело вместе с опорой совершает ускоренное движение.
Не следует путать вес тела с его массой. Масса тела – скалярная величина, измеряющаяся в килограммах, а вес тела (так же, как и любая другая сила) является векторной величиной, измеряющейся в ньютонах.
Поскольку ускорение свободного падения различно на различных широтах, а вес тела пропорционален ускорению свободного падения, то можно сказать, что вес тела зависит от географической широты и высоты местности (на полюсах вес немногим больше, чем на экваторе).
Вес измеряется взвешиванием на пружинных или рычажных весах.
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:
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 🙂
Лишний вес, влияние на здоровье человека
С каких килограммов начинается лишний вес? Воздействие лишнего веса на основные системы организма человека.
Лишний вес – это повод сесть на диету и записаться в спорт-зал, это повод поработать над собой: развить силу воли, отказавшись от жареного, соленого, сладкого, и выносливость, посещая изнурительные тренировки в спорт-зале. Но что если беспокоит не просто лишний вес, а сильнейшая стадия ожирения. Тогда ожирение становится не просто проблемой внешнего вида, но и серьезным заболеванием, которое влечет за собой массу сопутствующих болезней. С какого килограмма начинается ожирение? Наиболее быстрый способ узнать, есть ли у вас лишний вес или ожирение – это рассчитать индекс массы тела (ИМТ). Он вычисляется посредством соотношения веса и роста. То есть, чтобы получить ИМТ, необходимо разделить вес в килограммах на рост в сантиметрах в квадрате. I = m/h2, где I – Индекс Массы Тела, m – масса тела в килограммах, h – рост в метрах.
ИМТ наиболее объективный критерий для оценки вашего веса, однако, он дает лишь наглядное представление о вашем весе. Для того чтобы начать лечение от избыточного веса или ожирения следует понимать процентное соотношение костной, мышечной и жировой ткани в организме. Так, например, у спортсмена может быть большой ИМТ, свидетельствующий об ожирении, но в случае со спортсменом избыточный вес достигается за счет сильно развитой мускулатуры. Также на практике очень часто наблюдается обратная ситуация, когда у худых людей количество жировой ткани значительно превышает норму.
Почему лишний вес это проблема?
Понятие красоты довольно растяжимое, но оно непременно связано со здоровьем. А здоровье человека связано с его весом. То есть, как ожирение, так слишком сильная худоба и свидетельствуют о неправильной работе организма. Человек может обладать ожирением по разным причинам: неправильное питание, преимущественно сидячий образ жизни, генетическая предрасположенность, гормональные проблемы, но если его вес больше нормы, у него непременно появятся проблемы со здоровьем.
1. Сердце и сосуды
Сердце человека с ожирением испытывает повышенную нагрузку. Чем больше килограмм у человека, тем больше кислорода и питательных веществ ему необходимо доставить до клеток и органов. Поэтому ему приходится сокращаться быстрее и за один раз перекачивать больший поток крови. Кроме этого, у человека с жировыми отложениями по всему телу жир откладывается также и вокруг сердечной мышцы. Таким образом, ожирение – это фактор риска развития следующих заболеваний:
Инфарктов (прекращение тока крови).
Инсультов (нарушение мозгового кровообращения).
Гипертонии (повышенное кровяное давление).
Стенокардии (боль в грудной клетке).
Атеросклероза (изменение кровеносных сосудов, расстройство обмена холестерина).
Ожирение сердца.
2. Обмен веществ.
У людей с ожирением все органы окружены жиром, в том числе желудок, кишечник, печень и поджелудочная железа. Это является причиной нарушения переваривания пищи, всасывания полезных веществ и выведения продуктов обмена. Помимо этого, жир препятствует проникновению глюкозы в клетки организма. Из-за этого в крови возникает повышенная концентрация инсулина, а чувствительность к нему в клетках снижается. Это становится фактором риска для развития следующих заболеваний:
диабета
холецистита (воспаление желчного пузыря)
панкреатита (воспаление поджелудочной железы)
гастрита (воспаление слизистой оболочки желудка)
нарушение эндокринной функции поджелудочной железы
мочекаменная болезнь (камни в почках)
ожирение печени
запора
3.Позвоночник и суставы.
Свой вес мы постоянно носим с собой, поэтому тучным людям приходится носить на своих ногах тяжелую ношу. Это очень сильно нагружает позвоночник и суставы, вследствие чего они изнашиваются раньше времени. Таким образом, ожирение становится причиной следующих заболеваний:
подагра (отложение мочевой кислоты в суставах)
остеоартрит (воспаление суставов из-за повреждения хрящевой ткани)
остеохондроз (повреждение межпозвоночных дисков и хрящей)
спондилез (деформация позвонков)
плоскостопие
4.Органы дыхания
У людей с ожирением изменяется процесс дыхания. Оно становится усиленным и поверхностным, неглубокий вдох и такой же выдох. Организм постоянно недополучает положенную норму кислорода. Отсутствует возможность дышать полной грудью, потому что жировая ткань вокруг не дает это сделать. Проблемы с дыханием вызывают следующие проблемы:
гиповентиляция легких (недостаточное поступление воздуха)
гипоксемия (недостаточное содержание кислорода в крови)
апноэ (остановка дыхания)
цианоз (посинение кожи)
5.Половые органы
Жировая ткань влияет на синтез, накопление и метаболизм гормонов. Поэтому чем больше жировой ткани, тем менее интенсивно вырабатываются половые гормоны – эстроген у женщин и тестостерон у мужчин – и снижается их активность. Вследствие чего возникают следующие заболевания:
нерегулярные менструации
отсутствие овуляции (выход яйцеклетки из яичника)
поликистоз яичников (нарушение функции яичников, гипоталамуса и гипофиза)
рак эндометрия / молочных желез / яичников
самопроизвольное прерывание беременности
бесплодие
эректильная дисфункция
6.Нервы
Невозможность контролировать свой аппетит и похудеть, постоянные срывы и попытки снова наладить систему пищеварения истончают нервную систему. Это становится причиной снижения работоспособности и настроения, отсутствия мотивации, появления раздражительности. Кроме того, у людей с ожирением неоднократно наблюдалось развитие паралича конечностей и нарушения речи.
Когда следует предпринять меры?
Чем больше вес у человека, тем серьезней деформируются внутренние органы, тем больше времени требуется на лечение и восстановление. Если при ожирении 1 и 2 типа могут помочь выбранные лечащим врачом диеты и рекомендации, умеренные физические нагрузки, лечение сопутствующих заболеваний, вызванных ожирением, то при ожирении 3 и 4 степени часто требуется хирургическое вмешательство. Сегодня очень популярны такие операции на желудок как бандажирование и шунтирование желудка, гастропластика. Чтобы не обращаться к таким радикальным методам, следует приступить к лечению болезни на более ранних стадиях. Кроме всего прочего, существует множество народных средств, которые якобы помогут в борьбе с ожирением, например принятие активированного угля, соды или уксуса, а также метод лечения ожирения пиявками или иглоукалыванием. Но так ли эти способы безопасны и эффективны? Если вы перепробовали уже все способы похудеть и почти отчаялись, то есть еще один беспроигрышный вариант – это кодирование от ожирения. Кодирование от ожирения не означает, что после сеанса вам можно будет есть сколько угодно, и вы не будете толстеть. После одного сеанса гипноза, проведенного профессиональным психотерапевтом, вы сами будете отказываться от еды, у вас не будет такого сильного аппетита как раньше. Еда перестанет быть центром вашего внимания, вы будете замечать другие прелести этого мира. Если вы еще сомневаетесь, то узнайте подробнее о методике кодирования от лишнего веса.
Вес тела
Содержание
В предыдущих уроках мы узнали определение понятия силы, познакомились с силой тяжести и силой упругости.
Возможно, вы заметили, что рассматривая примеры и сравнивая тела с разными массами, мы избегали выражения “одно тело весит больше другого”. В повседневном жизни же мы часто используем подобные фразы, как и само слово “вес”.
В данном уроке мы узнаем о понятии веса со стороны физики.
Определение понятия веса тела
Вспомним опыт, когда мы ставим тело (гирю) на опору (рисунок 1).
Рисунок 1. Деформация горизонтально расположенной доски, на которую поместили груз (гирю).
Мы уже говорили, что на гирю действует сила тяжести. Из-за этого начинает прогибаться доска – происходит ее деформация.
Возникает сила упругости, направленная вертикально вверх. Доска перестает прогибаться, когда сила тяжести и сила упругости уравновешивают друг друга.
Обратите внимание, что гиря и доска взаимодействуют друг с другом, но:
Подобная ситуация происходит в случае, если мы будем рассматривать тело, подвешенное на нити. Возникает некая сила, действующая на подвес.
Эта сила и называется весом тела.
Вес тела – это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.
Характеристики веса
Сравните с изображением силы тяжести (рисунок 4). Следует помнить, что сила тяжести приложена к самому телу.
Рисунок 4. Разница изображения силы тяжести и веса тела.
Вес как частный случай силы упругости
Когда мы ставим тело на опору – оно деформирует ее. Когда мы подвешиваем тело – оно деформирует подвес. Не всегда эта деформация видна как в наших предыдущих опытах.
Когда вы кладёте учебник на парту, что происходит? Учебник (тело) деформирует парту (опору). Но такая деформация не видна невооруженным глазом. Тем не менее, она существует. Если бы деформация не происходила, то не возникала бы сила упругости. Тогда ничего бы не препятствовало движению вашего учебника к самому центру Земли.
Так, парта в свою очередь деформирует учебник, что тоже незаметно.
Давайте рассмотрим опыт, где деформация тела будет заметна. Взгляните на рисунок 5.
Рисунок 5. Демонстрация деформации тела под действием подвеса и опоры.
У нас провзаимодействовали два тела: шнур и мешок. Оба тела деформировались.
Теперь мы отрежем прикрепленный шнур (рисунок 5, в). Во время падения на мешок с песком действует только сила тяжести, он восстанавливает свою форму. Шнурок также восстанавливает свою форму.
Когда же мешок падает на рабочую поверхность (рисунок 5, г), то он снова деформируется. Теперь взаимодействует опора и тело.
В данном случае не видно, как деформируется опора, но, если бы мы подставили доску на брусьях, она бы прогнулась. Так мы наглядно показали, что при взаимодействии происходит деформация обоих тел.
Под действием опоры или подвеса происходит деформация тела. Опора сжимает нижнюю часть тела, а подвес растягивает его верхнюю часть.
Именно эта деформация тела вызывает появление в теле силы упругости. В данном случае сила упругости и будет весом тела.