Вес тела

Силу тяжести, как и всякую другую силу, можно измерять динамометрами. Динамометры, специально предназначенные для измерения силы тяжести, называют пружинными весами, потому что с их помощью можно измерить вес тела. Что это за величина — вес?
Рассмотрим еще раз процесс деформации пружины динамометра, когда к ней подвешен некоторый груз. Но теперь мы обратим внимание не только на то, что происходит с пружиной, но и на то, что происходит с самим грузом, подвешенным к пружине.
На рисунке 1а изображена пружина динамометра до того, как к ней был подвешен груз. Это недеформированная пружина (массой пружины мы пренебрегаем). Прикрепим к ее нижнему концу груз. Груз тотчас же начнет падать под действием силы тяжести mg. При своем падении он увлекает за собой и нижний конец пружины, вследствие чего пружина деформируется, как это показано на рисунке 1б. Возникающая при этом сила упругости Fyпр тоже приложена к телу, но направлена вверх. При определенном значении удлинения пружины сила упругости Fyпр по абсолютному значению становится равной силе тяжести mg. Под действием этих двух сил, равнодействующая которых равна нулю, груз устанавливается в состоянии покоя.

Но если пружина динамометра действует на груз, то по третьему закону Ньютона и груз действует на пружину с такой же по абсолютному значению силой, но направленной в противоположную сторону, то есть вниз. Это тоже сила упругости. Возникает она из-за того, что и груз (а не только пружина) деформируется. В сильно увеличенном виде эта деформация (удлинение) показана на рисунке 1б.
Вот эту силу, приложенную не к телу, а к пружине, и называют весом тела. Вес тела принято обозначать буквой Р.

Если тело не подвешивать, а поместить на горизонтальную опору (рис. 2), то оно и на опору действует с силой, тоже называемой весом.
Силу, с которой тело вследствие его притяжения к Земле действует на опору или подвес, называют весом тела.
Конечно, не обязательно, чтобы опора или подвес представляли собой спиральную пружину. Тело можно подвесить на нити, на проволоке или поместить на стол. На нить, проволоку или стол действовать будет вес тела.
Таким образом, вес тела — это сила, приложенная не к телу, а к опоре или подвесу.
В тех примерах, которые мы здесь рассмотрели, вес тела, очевидно, равен силе тяжести. Но это верно только тогда, когда опора или подвес находится в покое относительно Земли (или движется прямолинейно и равномерно).
Надо помнить, что вес и сила тяжести не одно и то же: вес и сила тяжести всегда приложены к разным телам.

Силу, в которой вследствие притяжения к Земле тело действует на свою опору или подвес, называют весом тела. В отличие от силы тяжести, являющейся гравитационной силой, приложенной к телу, вес - это упругая сила, приложенная к опоре или подвесу (т. е. к связи).

Наблюдения показывают, что вес тела Р, определяемый на пружинных весах, равен действующей на тело силе тяжести F_т только в том случае, если весы с телом относительно Земли покоятся или движутся равномерно и прямолинейно; В этом случае

Р=F_т=mg.

Если же тело движется ускоренно, то его вес зависит от значения этого ускорения и от его направления относительно направления ускорения свободного падения.

Когда тело подвешено на пружинных весах, на него действуют две силы: сила тяжести F_т=mg и сила упругости F_yп пружины. Если при этом тело движется по вертикали вверх или вниз относительно направления ускорения свободного падения, значит векторная сумма сил F_т и F_уп дает равнодействующую, вызывающую ускорение тела, т. е.

(2.32)

Согласно приведенному выше определению понятия "вес", можно написать, что . Следовательно

Силы F_т и F_уп направлены по одной вертикальной прямой. Поэтому если ускорение тела а направлено вниз (т.е. совпадает по направлению с ускорением свободного падения g), то по модулю

P=m(g-a) (2.33)

Если же ускорение тела направлено вверх (т. е. противоположно направлению ускорения свободного падения), то

Р = m[g - (- а)] = m(g+а).

Следовательно, вес тела, ускорение которого совпадает по направлению с ускорением свободного падения, меньше веса покоящегося тела, а вес тела, ускорение которого противоположно направлению ускорения свободного падения, больше веса покоящегося тела. Увеличение веса тела, вызванное его ускоренным движением, называют перегрузкой.

При свободном падении a=g. Из (2.33) следует, что в таком случае Р=0, т. е. вес отсутствует. Следовательно, если тела движутся только под действием силы тяжести (т. е. свободно падают), они находятся в состоянии невесомости. Характерным признаком этого состояния является отсутствие у свободно падающих тел деформаций и внутренних напряжений, которые вызываются у покоящихся тел силой тяжести. Причина невесомости тел заключается в том, что сила тяжести сообщает свободно падающему телу и его опоре (или подвесу) одинаковые ускорения.

Дата добавления: 2014-02-26; просмотров: 874; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!