Войти
| Вес | |
|---|---|
 A пружинная шкала измеряет вес объекта. | |
| Общие символы |  |
| единица СИ | ньютон (Н) |
| Другие единицы | фунт-сила (фунт-сила) |
| дюйм базовые единицы СИ | кг⋅м⋅с |
| Экстенсивный ? | Да |
| Интенсивный ? | No |
| Консервированный ? | No |
| Производные от. других величин | |
| Размерность |  |
В науке и инженерия, вес объекта - это сила, действующая на объект из-за силы тяжести.
. В некоторых стандартных учебниках вес определяется как векторная величина, сила тяжести, действующая на объект. Другие определяют вес как скалярную величину, величину гравитационной силы. Третьи определяют его как величину силы реакции, оказываемой на тело механизмами, противодействующими действию силы тяжести: вес - это величина, которая измеряется, например, с помощью пружинных весов. Таким образом, в состоянии свободного падения вес будет равен нулю. В этом смысле веса земные объекты могут быть невесомыми: игнорируя сопротивление воздуха, знаменитое яблоко, падающее с дерева, на пути к земле около Исаака Ньютона было бы невесомым..
единицей измерения веса является сила, которая в Международной системе единиц (СИ) является ньютон. Например, объект с массой в один килограмм имеет вес около 9,8 ньютонов на поверхности Земли и примерно одну шестую этого веса на Луне. Хотя вес и масса являются различными с научной точки зрения величинами, эти термины часто путают друг с другом в повседневном использовании (например, при сравнении и преобразовании силы веса в фунтах в массу в килограммах и наоборот).
Дальнейшие сложности при разъяснении различных концепции веса имеют отношение к теории относительности, согласно которой гравитация моделируется как следствие искривления пространства-времени. В преподавательском сообществе уже более полувека ведутся серьезные споры о том, как определять вес для своих учеников. Текущая ситуация такова, что несколько наборов концепций сосуществуют и находят применение в различных контекстах.
Древнегреческие официальные бронзовые гири, датируемые примерно 6-м годом. в. до н.э., экспонируется в Музее Древней Агоры в Афинах, размещается в Стоа Аттала.
Взвешивание зерна, из Бабур-намы Обсуждение концепций тяжести (веса) а легкость (легкомыслие) восходят к древнегреческим философам. Обычно они рассматривались как неотъемлемые свойства объектов. Платон описывал вес как естественную тенденцию объектов искать себе подобных. Для Аристотеля вес и легкомыслие представляли тенденцию к восстановлению естественного порядка основных элементов: воздуха, земли, огня и воды. Он приписывал абсолютный вес земле и абсолютное легкомыслие - огню. Архимед рассматривал вес как качество, противоположное плавучести, с конфликтом между ними, определяющим, тонет объект или плавает. Первое рабочее определение веса было дано Евклидом, который определил вес как «тяжесть или легкость одного предмета по сравнению с другим, измеряемая весами». Однако операционные балансы (а не определения) существовали гораздо дольше.
Согласно Аристотелю, вес был прямой причиной падающего движения объекта, а скорость падающего объекта должна была быть напрямую пропорционально весу объекта. Когда средневековые ученые обнаружили, что на практике скорость падающего объекта со временем увеличивается, это побудило изменить концепцию веса, чтобы сохранить эту причинно-следственную связь. Вес был разделен на «неподвижный вес» или pondus, который оставался постоянным, и фактическую гравитацию или гравитацию, которая изменялась при падении объекта. Концепция гравитации была в конечном итоге заменена Джин Буридан импульс, предшественник импульса.
Возникновение взглядов Коперника на мир привел к возрождению платонической идеи, что подобные объекты притягиваются, но в контексте небесных тел. В 17 веке Галилей значительно продвинулся в концепции веса. Он предложил способ измерения разницы между весом движущегося объекта и объекта в состоянии покоя. В конце концов, он пришел к выводу, что вес был пропорционален количеству вещества в объекте, а не скорости движения, как предполагалось аристотелевским взглядом на физику.
Введение Ньютона. законы движения и развитие закона всемирного тяготения Ньютона привели к значительному дальнейшему развитию концепции веса. Вес стал принципиально отдельным от массы. Масса была идентифицирована как фундаментальное свойство объектов, связанное с их инерцией, в то время как вес стал отождествляться с силой тяжести на объекте и, следовательно, зависеть от контекста объекта. В частности, Ньютон считал вес относительно другого объекта, вызывающего гравитационное притяжение, например вес Земли по отношению к Солнцу.
Ньютон считал время и пространство абсолютными. Это позволило ему рассматривать понятия как истинное положение и истинную скорость. Ньютон также признал, что на вес, измеряемый действием взвешивания, влияют факторы окружающей среды, такие как плавучесть. Он считал это ложным весом, вызванным несовершенными условиями измерения, для чего он ввел термин кажущийся вес по сравнению с истинным весом, определяемым силой тяжести.
Хотя физика Ньютона провела четкое различие между весом и массой, термин Вес продолжал использоваться, когда люди имели в виду массу. Это привело к тому, что 3-я Генеральная конференция по мерам и весам (CGPM) 1901 г. официально провозгласила: «Слово вес обозначает величину того же характера, что и сила: вес тела - это продукт его массы. и ускорение свободного падения ", что отличает его от массы для официального использования.
В 20 веке ньютоновские концепции абсолютного времени и пространства были оспорены теорией относительности. Принцип эквивалентности Эйнштейна ставит всех наблюдателей, движущихся или ускоряющихся, на одну и ту же основу. Это привело к двусмысленности в том, что именно подразумевается под силой тяжести и веса. Шкалу ускоряющего лифта невозможно отличить от шкалы гравитационного поля. Таким образом, сила тяжести и вес стали существенно зависящими от системы координат величинами. Это побудило отказаться от концепции как излишней в фундаментальных науках, таких как физика и химия. Тем не менее эта концепция оставалась важной в преподавании физики. Неопределенность, вносимая теорией относительности, привела, начиная с 1960-х годов, к активным дебатам в преподавательском сообществе по поводу того, как определять вес для своих учеников, выбирая между номинальным определением веса как силы, обусловленной гравитацией, или рабочим определением, определяемым действием силы тяжести.
Этот драгстер с верхним топливом может разгоняться с нуля до 160 километров в час (99 миль в час) за 0,86 секунды. Это горизонтальное ускорение 5,3 g. В сочетании с вертикальной перегрузкой в стационарном случае теорема Пифагора дает силу перегрузки 5,4 г. Именно эта перегрузочная способность вызывает вес водителя, если использовать рабочее определение. Если использовать гравитационное определение, вес водителя не изменяется в результате движения автомобиля. Существует несколько определений веса, не все из которых эквивалентны.
Наиболее распространенное определение веса, которое можно найти в вводных учебниках физики, определяет вес как силу, действующую на тело под действием силы тяжести. Это часто выражается формулой W = mg, где W - вес, m - масса объекта, и g ускорение свободного падения.
В 1901 году 3-я Генеральная конференция по мерам и весам (CGPM) установил это как официальное определение веса:
«Слово« вес »обозначает величину того же характера, что и сила: вес тела является произведением его массы и ускорения свободного падения».
— Резолюция 2 3-й Генеральной конференции по мерам и весамВ этой резолюции вес определяется как вектор, поскольку сила - это векторная величина. Однако в некоторых учебниках вес также рассматривается как скаляр, определяя:
«Вес W тела равен величине F g гравитационной силы, действующей на тело».
ускорение свободного падения варьируется от места к месту. Иногда просто берется стандартное значение 9,80665 м / с, что дает стандартный вес.
Сила, величина которой равна мг ньютонов, также известна как m килограмм веса (этот термин сокращается до кг-вес )
Измерение веса по сравнению с массой
Слева: пружинные весы измеряют вес, видя, насколько сильно объект толкает на пружине (внутри устройства). На Луне объект будет давать более низкие показания. Справа: шкала баланса косвенно измеряет массу, сравнивая объект с эталонами. На Луне объект будет дают то же значение, потому что объект и ссылки станут легче. В рабочем определении вес объекта - это сила, измеренная операцией взвешивая его, что составляет силу, которую он оказывает на опору . Поскольку W - это сила, направленная вниз на тело со стороны центра Земли, и в теле нет ускорения, существует противоположная и равная сила опоры на теле. Также она равна силе, прилагаемой телом к опоре, потому что действие и противодействие имеют одинаковое числовое значение и противоположное направление. Это может иметь большое значение, в зависимости от деталей; например, объект в свободном падении оказывает незначительное, если вообще какое-либо усилие, на свою опору, ситуация, которая обычно упоминается как невесомость. Однако пребывание в свободном падении не влияет на вес согласно гравитационному определению. Поэтому рабочее определение иногда уточняется, требуя, чтобы объект находился в состоянии покоя. Однако здесь возникает проблема определения «покоя» (обычно состояние покоя относительно Земли подразумевается с использованием стандартной гравитации ). В рабочем определении вес объекта, покоящегося на поверхности Земли, уменьшается за счет действия центробежной силы от вращения Земли.
Оперативное определение, как обычно, не исключает явным образом эффекты плавучести, которая снижает измеренный вес объекта, когда он погружен в жидкость, такую как воздух или вода. В результате можно сказать, что плавающий воздушный шар или объект, плавающий в воде, имеют нулевой вес.
В ISO международном стандарте ISO 80000-4: 2006, описывающем основные физические величины и единицы в механике как часть международного стандарта ISO / IEC 80000, определение веса дается как:
Определение
,Примечания
Определение зависит от выбранной системы отсчета. Когда выбранный кадр движется вместе с рассматриваемым объектом, это определение точно согласуется с операционным определением. Если указанная рамка представляет собой поверхность Земли, вес в соответствии с определениями ISO и гравитацией отличается только центробежными эффектами из-за вращения Земли.
Во многих реальных ситуациях процесс взвешивания может дать результат, который отличается от идеального значения, обеспечиваемого используемым определением. Обычно это называется кажущейся массой объекта. Типичным примером этого является эффект плавучести, когда объект погружается в жидкость, смещение жидкости вызывает восходящую силу на объект, заставляя его казаться легче, когда взвешивается на весах. На кажущийся вес аналогичным образом может влиять левитация и механическая подвеска. Когда используется гравитационное определение веса, рабочий вес, измеренный с помощью ускоряющих весов, часто также называется кажущимся весом.
Объект с массой m, покоящийся на поверхности, и соответствующий диаграмма свободного тела только объекта, показывающая силы, действующие на него. Обратите внимание, что сила, которую стол толкает вверх на объект (вектор N), равна направляемой вниз силе веса объекта (показанного здесь как мг, поскольку вес равен массе объекта, умноженной на ускорение, вызванное гравитации): поскольку эти силы равны, объект находится в состоянии равновесия (все силы и моменты, действующие на него, в сумме равны нулю). В современном научном использовании, вес и масса являются принципиально разными величинами: масса - это внутреннее свойство материи, тогда как вес - это сила, возникающая в результате действия гравитации по материи: измеряет, насколько сильно сила тяжести действует на материю. Однако в большинстве практических повседневных ситуаций слово «вес» используется тогда, когда имеется в виду строго «масса». Например, большинство людей скажут, что объект «весит один килограмм», даже если килограмм является единицей массы.
Различие между массой и весом неважно для многих практических целей, потому что сила гравитации не слишком сильно меняется на поверхности Земли. В однородном гравитационном поле сила тяжести, действующая на объект (его вес), прямо пропорциональна его массе. Например, объект A весит в 10 раз больше, чем объект B, поэтому масса объекта A в 10 раз больше, чем масса объекта B. Это означает, что массу объекта можно косвенно измерить по его весу, и поэтому для повседневного использования Для целей взвешивание (с использованием весов ) является вполне приемлемым способом измерения массы. Точно так же весы весы измеряют массу косвенно, сравнивая вес измеряемого объекта с весом объекта (ов) известной массы. Поскольку измеряемый объект и сравниваемая масса находятся практически в одном месте, поэтому испытывает одно и то же гравитационное поле, эффект изменения силы тяжести не влияет на сравнение или результирующее измерение.
Гравитационное поле Земли неоднородно, но может варьироваться до 0,5% в разных точках Земли (см. гравитация Земли ). Эти вариации изменяют соотношение между весом и массой и должны учитываться при высокоточных измерениях веса, которые предназначены для косвенного измерения массы. Пружинные весы, которые измеряют местный вес, должны быть откалиброваны в том месте, в котором объекты будут использоваться для отображения этого стандартного веса, чтобы быть законными для торговли.
В этой таблице показаны вариации ускорения свободного падения (и, следовательно, изменения веса) в различных точках на поверхности Земли.
| Местоположение | Широта | м / с |
|---|---|---|
| Экватор | 0 ° | 9.7803 |
| Сидней | 33 ° 52 ′ ю.ш. | 9.7968 |
| Абердин | 57 ° 9 ′ северной широты | 9.8168 |
| Северный полюс | 90 ° с.ш. | 9.8322 |
Историческое использование «веса» для «массы» также сохраняется в некоторой научной терминологии - например, химический термин «атомный вес», «молекулярная масса» и «формульная масса» все еще могут быть найдены вместо предпочтительной «атомной массы » и т. д.
В другом гравитационном поле, например, на На поверхности Луны объект может иметь значительно иной вес, чем на Земле. Гравитация на поверхности Луны примерно в шесть раз меньше, чем на поверхности Земли. Масса в один килограмм по-прежнему остается массой в один килограмм (поскольку масса является внутренним свойством объекта), но сила тяжести, направленная вниз, и, следовательно, его вес, составляет лишь одну шестую от того, что объект имел бы на Земле. Таким образом, человек массой 180 фунтов весит всего около 30 фунт-сила при посещении Луны.
В большинстве современных научных работ физические величины измеряются в единицах СИ. Единица веса в системе СИ такая же, как и единица силы: ньютон (Н) - производная единица, которая также может быть выражена в основных единицах СИ как кг · м / с ( в килограммах на метры в секунду в квадрате).
В коммерческом и повседневном использовании термин «вес» обычно используется для обозначения массы, а глагол «взвешивать» означает «определять массу» или «чтобы» иметь массу ". В этом смысле правильной единицей СИ является килограмм (kg).
В обычных единицах США фунт может быть единицей силы или массы. Связанные единицы, используемые в некоторых отдельных подсистемах единиц, включают poundal и slug. Фунтал определяется как сила, необходимая для ускорения объекта массой один фунт со скоростью 1 фут / с, и эквивалентна примерно 1 / 32,2 фунт-силы. Снаряд определяется как количество массы, которое ускоряется со скоростью 1 фут / с при приложении к нему силы в один фунт, и оно эквивалентно примерно 32,2 фунтам (масса).
килограмм-сила - единица силы, не входящая в систему СИ, и определяется как сила, прилагаемая массой в один килограмм при стандартной земной гравитации (равная 9,80665 ньютонам в точности). дин является единицей силы cgs и не является частью СИ, тогда как веса, измеренные в единицах массы cgs, граммах, остаются частью СИ.
Ощущение веса вызывается силой, оказываемой жидкостями в вестибулярной системе, трехмерном наборе трубок во внутреннем ухе.. На самом деле это ощущение перегрузки, независимо от того, вызвано ли это неподвижностью в присутствии силы тяжести или, если человек находится в движении, результатом любых других сил, действующих на тело. например, в случае ускорения или замедления подъемника или центробежных сил при резком повороте.
A мостовых весов, используемых для взвешивания грузовиков Вес обычно измеряется одним из двух методов. пружинные весы или гидравлические или пневматические весы измеряют локальный вес, локальную силу силы тяжести на объекте (строго кажущееся сила веса ). Поскольку местная сила тяжести может варьироваться до 0,5% в разных местах, пружинные весы будут измерять немного разные веса одного и того же объекта (одинаковой массы) в разных местах. Для стандартизации веса весы всегда калибруются для считывания веса, который объект имел бы при номинальной стандартной плотности 9,80665 м / с (примерно 32,174 фута / с). Однако эта калибровка выполняется на заводе. Когда шкала перемещается в другое место на Земле, сила тяжести будет другой, вызывая небольшую ошибку. Таким образом, чтобы обеспечить высокую точность и законность для торговли, пружинные весы необходимо повторно откалибровать в том месте, где они будут использоваться.
A баланс, с другой стороны, сравнивает вес неизвестного объекта в одной чашке весов с весом стандартных гирь в другой, используя рычажный механизм - рычажный балансир. Стандартные массы часто называют, не технически, "весами". Поскольку любые вариации силы тяжести будут одинаково воздействовать на неизвестные и известные веса, рычажные весы будут показывать одно и то же значение в любом месте на Земле. Таким образом, «веса» весов обычно калибруются и отмечаются в единицах массы, поэтому весы-рычаги измеряют массу, сравнивая притяжение Земли к неизвестному объекту и стандартные массы на весах. В отсутствие гравитационного поля вдали от планетных тел (например, в космосе) рычажные весы не работают, но, например, на Луне они будут давать такие же показания, как и на Земле. Некоторые весы отмечены в единицах веса, но поскольку веса откалиброваны на заводе для стандартной силы тяжести, весы будут измерять стандартный вес, то есть то, что объект будет весить при стандартной гравитации, а не фактическую местную силу тяжести на объекте.
Если требуется действительная сила тяжести на объекте, ее можно рассчитать, умножив массу, измеренную весами, на ускорение свободного падения - либо стандартное (для повседневной работы), либо точное местное гравитационное давление. (для точных работ). Таблицы ускорения свободного падения в разных местах можно найти в Интернете.
Вес брутто - это термин, который обычно используется в коммерции или торговле и относится к общему весу продукта и его упаковки. И наоборот, вес нетто относится к весу одного продукта без учета веса его контейнера или упаковки; и вес тары - это вес только упаковки.
В таблице ниже показаны сравнительные гравитационные ускорения на поверхности Солнца, Луны Земли, каждой из планет в Солнечная система. Под «поверхностью» понимаются вершины облаков газовых гигантов (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун). Для Солнца под поверхностью понимается фотосфера. Значения в таблице не были понижены из-за центробежного эффекта вращения планеты (и скорости ветра в верхней части облаков для газовых гигантов) и поэтому, вообще говоря, аналогичны фактической гравитации, которая будет ощущаться вблизи полюсов.
| Тело | Кратное. земное притяжение | Поверхностное притяжение. м / с |
|---|---|---|
| Солнце | 27,90 | 274,1 |
| Меркурий | 0,3770 | 3,703 |
| Венера | 0,9032 | 8,872 |
| Земля | 1 (по определению) | 9,8226 |
| Луна | 0,1655 | 1,625 |
| Марс | 0,3895 | 3,728 |
| Юпитер | 2,640 | 25,93 |
| Сатурн | 1,139 | 11,19 |
| Уран | 0,917 | 9,01 |
| Нептун | 1,148 | 11,28 |
 | Искать Вес брутто в Викисловаре, бесплатный словарь. |
