Зміст:
§ 20. Вага тіла. Невагомість
ЩО ТАКЕ ВАГА ТІЛА? У повсякденному житті досить часто використовують термін «вага». Ми говоримо «вага тіла», «вага продуктів», хоча при цьому мається на увазі маса тіла. У фізиці терміни «маса» і «вага» означають різні фізичні величини.
Розглянемо тіло, що підвішене до динамометра. На саме тіло діє сила тяжіння і сила пружності пружини динамометра. Тому тіло перебуває у стані рівноваги. Але й розтягнута пружина динамометра перебуває у стані рівноваги, незважаючи на те, що сила пружності, яка в ній виникла, намагається повернути її в початковий стан. Отже, тіло, яке перебуває під дією сили тяжіння, теж діє на пружину з деякою силою.
Силу, з якою тіло, що перебуває під дією сили тяжіння, діє на опору (або підвіс), називають вагою тіла.
Таким чином, на крючок динамометра діють дві сили: сила пружності пружини та вага тіла.
Вага, як і будь-яка сила, — векторна величина. Вагу тіла позначають літерою Р. Вага тіла і сила пружності мають протилежні напрями, при цьому модулі цих сил рівні: Р = Fпр.
Саме тому говорять, що динамометром можна визначити не тільки силу пружності, а й вагу тіла. Динамометр ще називають пружинними вагами.
ВАГА ТІЛА ТА СИЛА ТЯЖІННЯ. Вага тіла виникає внаслідок тяжіння до Землі й залежить від стану руху тіла.
Якщо тіло перебуває у стані спокою або рівномірного прямолінійного руху, то вага тіла за числовим значенням дорівнює силі тяжіння, що діє на тіло: Р = Fтяж, або Р = mg .
При цьому слід пам’ятати, що сила тяжіння і вага тіла мають різну фізичну природу: сила тяжіння виникає внаслідок взаємного притягання тіла і Землі, а вага — внаслідок взаємодії тіла й опори. Саме тому точка прикладання сили тяжіння міститься на тілі, а точка прикладання ваги — на опорі (або підвісі) (мал. 125).
Мал. 125. Точки прикладання сили тяжіння і ваги
ВАГА ТІЛА І МАСА. Одиницею ваги, як і будь-якої сили, є ньютон. Одиницею маси є кілограм. Маса — скалярна величина. Вага — векторна величина. Так, тіло масою 20 кг має вагу 200 Н (вважаючи, що g ≈10 Н/кг), якщо воно перебуває на горизонтальній опорі. Але тіло масою 20 кг може мати вагу, більшу за 200 Н, меншу за 200 Н, або й взагалі не мати ваги. З’ясуємо, коли таке можливо.
ЗАЛЕЖНІСТЬ ВАГИ ВІД УМОВ, У ЯКИХ ПЕРЕБУВАЄ ТІЛО. Вага тіла дорівнює за числовим значенням силі тяжіння, якщо тіло перебуває на нерухомій горизонтальній опорі або опора рухається рівномірно і прямолінійно.
Якщо ж опора разом із тілом рухається вертикально (тобто вгору або вниз) нерівномірно, то тіло тисне на опору з більшою або меншою силою порівняно із рівномірним рухом (мал. 126).
Мал. 126. Залежність ваги тіла від стану руху опори
Розглянемо малюнок 126. У випадку а швидкісний ліфт рухається рівномірно, отже, вага тіла за модулем дорівнює силі тяжіння. У випадку б — ліфт різко стартує вгору, у цей момент вага тіла перевищує силу тяжіння — і ви відчуваєте, як у вас згинаються коліна і вас притискує до підлоги ліфта. У випадку в — при старті ліфта вниз ви відчуваєте легкість. Це можна перевірити на власному досвіді: проїхавши в ліфті, стоячи на терезах.
НЕВАГОМІСТЬ. Якщо припустити, що ліфт під час руху вниз буде з кожною секундою збільшувати швидкість на 9,8 м/с (тобто перебувати у стані вільного падіння), то ваше тіло не буде тиснути на підлогу ліфта і ваша вага дорівнюватиме нулю. Звичайно, це на досліді перевіряти не слід. Самостійно перевірити, як змінюватиметься вага тіла залежно від стану руху опори, можна за допомогою динамометра (мал. 127).
Мал. 127. Залежність ваги тіла від руху динамометра
Отже, якщо опора чи підвіс вільно падають разом із тілом, то кажуть, що вони перебувають у стані невагомості. У цьому разі вага тіла дорівнює нулю. Не забуваймо, що сила тяжіння при цьому не дорівнює нулю, адже внаслідок саме її дії тіло й опора падають.
Якщо штучний супутник або космічна станція обертається навколо Землі, то сама станція, космонавти й усі предмети всередині весь час перебувають у стані невагомості.
Якби сила тяжіння раптово зникла, то космічний корабель внаслідок інерції віддалявся б від Землі в космічний простір по прямій лінії.
При розгоні космічного корабля на старті чи його гальмуванні при посадці вага пілотів збільшується в кілька разів — вони зазнають перевантаження.
У стані невагомості перебуває будь-яке тіло під час вільного, тобто безопірного падіння. Якщо за звичних умов не брати до уваги опір повітря, то в невагомості перебуває спортсмен, який стрибає з вишки в басейн або виконує вправи на батуті. Кожен із вас багато разів короткочасно перебував у стані невагомості під час безопорного руху (бігу, стрибків), коли обидві ноги не торкалися землі. У стані невагомості перебувають сміливці, виконуючи стрибок у прірву на канаті (мал. 128).
Мал. 128. У стані невагомості
ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ
Силу, з якою тіло діє на горизонтальну опору чи розтягує підвіс, на який воно підвішене, внаслідок притягання до Землі, називають вагою тіла.
Сила тяжіння має гравітаційну природу, а вага — електромагнітну. Вага спричинює деформацію опори чи підвісу і породжує силу пружності (силу реакції опори), яка, діючи на тіло, зрівноважує силу тяжіння, перешкоджаючи падінню тіла на Землю.
Якщо ж опора чи підвіс вільно падають із тілом, то кажуть, що вони перебувають у стані невагомості.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ
Дайте відповідь на запитання
- 1. Що називають вагою тіла?
- 2. Чим відрізняється вага від сили тяжіння?
- 3. Чим відрізняється вага від маси тіла?
- 1. За яких умов вага тіла не дорівнює за модулем силі тяжіння?
- 2. Поясніть, як змінюється сила тяжіння та вага дівчинки, що стрибає через скакалку?
ПРИКЛАД РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ФІЗИЧНОЇ ЗАДАЧІ
Задача. Яка сила тяжіння діє на людину, маса якої 75 кг? Покажіть цю силу на малюнку. Якою буде вага цієї людини на Місяці, якщо відомо, що на Місяці на тіло масою 1 кг діє сила тяжіння 1,62 Н?
Мал. 129. Графічне зображення сили тяжіння та ваги
1. Яка вага сухої соснової дошки, довжина якої 0,5 м, ширина 10 см, товщина 20 мм, а густина становить 500 кг/м 3 ?
2. Визначте вагу сталевого кубика, ребро якого — 10 см.
3. Визначте об’єм алюмінієвої деталі, вага якої — 540 Н.
4. Скільки важить гас, об’єм якого — 18,75 л?
5. Хлопчик, маса якого 40 кг, тримає в руці гирю вагою 100 Н. З якою силою він тисне на землю?
6. Люстра, що підвішена до стелі, діє на неї із силою 49 Н. Яка маса люстри?
Як розрахувати свою вагу на Місяці
Ваша вага – це міра сили тяжіння, яку надає на ваше тіло планета Земля. Якщо ви подорожуєте на іншій планеті чи небесному тілі, наприклад, на Місяці, ваша вага змінюється, якщо гравітація інша. Оскільки Місяць має приблизно одну шосту частину сили тяжіння, яку робить Земля, ви менше важите, стоячи на ньому.
Порівняння тяжкості об’єктів
Гравітація базується на масі об’єкта та вашій віддаленості від центру. Коли ви знаходитесь на поверхні планети, ви можете використовувати радіус планети, щоб обчислити відстань від центру.
Якщо порівнювати масу Місяця із земною, то ви побачите, що маса Місяця становить 0, 0123 від землі. Радіус Місяця – 0, 273 від Землі. Щоб побачити, яку силу тяжіння Місяця порівнюють із земною, розділіть відношення мас на відношення квадратів радіусів.
x = (відношення мас) / (відношення радіусів) ^ 2
Розрахунок ваги на Місяці
Вага на Землі
Запишіть свою вагу в фунтах або кілограмах. Наприклад, припустимо, що ви важите 135 кілограмів.
Помножте
Помножте свою вагу на гравітацію Місяця відносно земної, яка становить 0, 165.
Знайдіть свою вагу на Місяці
Розв’яжіть рівняння. У прикладі ви отримаєте продукт 22, 28 фунтів. Так людина вагою на 135 фунтів на Землі важив би на Місяці трохи більше 22 фунтів. Однак пам’ятайте, що ваша маса не змінилася.
Як розрахувати вагу алюмінію
Вага будь-якого предмета – це просто сила гравітаційного прискорення, масштабована на масу предмета. Оскільки прискорення, зумовлене гравітацією, є постійним над поверхнею Землі, для обчислення ваги будь-якого конкретного елемента чи сполуки, як правило, потрібно його щільність. Цей лінійний .
Як розрахувати вагу бетону
Ви можете визначити масу або вагу бетону чи інших твердих матеріалів, використовуючи рівняння, які співвідносять щільність, вагу, масу та об’єм один з одним. Одиничну вагу бетону та одиничну вагу сталі можна також використовувати для пошуку ваги, множивши одну на об’єм об’єкта.
Як розрахувати вагу куба
Найпростіший спосіб обчислити вагу куба – це зважити його за шкалою. Однак основні властивості куба дозволяють розрахувати його масу, використовуючи вимірювання його об’єму та його щільності.
конспект уроку у 7 класі “Сила тяжіння. Вага тіла. Невагомість”
Мета уроку. Навчальна: формувати в учнів знання про явище земного тяжіння; дати учням відомості про силу тяжіння й вагу тіла; дослідити та вивчити від чого залежать сила тяжіння, вага тіла; вчити розрізняти поняття сили тяжіння і ваги; вміння вказувати на причину виникнення сили тяжіння, ваги тіла, невагомості. Формувати в учнів алгоритмічні прийоми розв’язування фізичних задач.
Розвивальна: розвивати в учнів мислення та розумову діяльність; розвивати спостережливість учнів, вміння аргументовано пояснювати закономірності явищ природи, застосовувати теоретичні положення для пізнання дійсності, мислення, вміння розв’язувати задачі.
Виховна: формувати навички раціональної організації навчальної праці; формувати уміння користуватися набутими знаннями і розширювати їх під час самостійного вивчення; виховувати спостережливість, старанність, дисципліну праці, виховувати відповідальне ставлення до навколишнього середовища
1. Організаційний момент 1 хв.
2. Актуалізація опорних знань 5 хв.
Робота в зошиті по картках
4.Мотивація навчальної діяльності.
Сил у природі дуже багато. Сьогодні на уроці ми розглянемо деякі з них. Що це за сили? Відповідь на це запитання є у вірші, який пропоную вам послухати.
Легенда про яблуко
Але на світ з’явивсь закон
Всесвітнього тяжіння.
5 .Оголошення теми і мети.
Учні відкривають зошити і записують тему уроку.
« Сила тяжіння. Вага тіла. Невагомість».
6. Вивчення нового матеріалу.
6.1. Падіння тіл.
Спостерігаючи падіння тіл, можна помітити, що «важкі» тіла падають звичайно швидше, ніж «легкі». Наприклад, монета падає набагато швидше, ніж паперовий кружок.
Ще в давнину Арістотель стверджував, що легкі тіла мають властивість падати повільніше, ніж важкі.
Це переконання вважалося правильним понад дві тисячі років, поки його не спростував італійський учений Галілей, що перейшов від спостережень до дослідів.
Якщо Арістотель має рацію, то тіла рівної маси повинні падати однаково. Перевіримо на досліді: чи так це?
Демонстрація падіння тіл на землю. (Дослід з листочками паперу).
Відпустимо з однієї й тієї ж висоти аркуш паперу й зроблену з такого ж аркуша паперову грудку.
Аркуш падає набагато повільніше від грудки хоча їхні маси однакові. Виходить, тіла рівної маси не обов’язково падають однаково — дослід спростовує це положення Арістотеля, а це значить, що воно неправильне.
Галілей припустив, що в ідеальній ситуації — якби опору повітря не було зовсім — всі тіла падали б однаково. Щоб перевірити своє припущення, Галілей кинув з Пізанської вежі одночасно кулю й гарматне ядро. Хоча їхні маси відрізняються в багато разів, куля та ядро впали практично одночасно, підтвердивши припущення Галілея.
Падіння тіл за відсутності опору повітря називають вільним падінням. Отже, при вільному падінні всі тіла падають однаково.
6.2.Всесвітнє тяжіння. З перших уроків фізики ви знаєте, що усі тіла в природі взаємодіють між собою – притягуються. Взаємне тяжіння існує між космічними тілами – зорями, планетами, між планетами і тілами на їх поверхні та між окремими тілами. Взаємне тяжіння називають всесвітнім. Одним із проявів всесвітнього тяжіння є взаємне притягання між Землею і тілами, які перебувають на її поверхні або за межами Землі – Космосі. Притягання тіл до Землі називають Земним тяжінням.
6.3. Сила тяжіння.
Як розрахувати Земне тяжіння?
Демонстрація з динамометром і важком 1 кг.
Сила тяжіння визначається як сила, з якою тіло притягується до Землі в даному місці. Ознакою дії сили завжди є зміна швидкості руху тіла.
Сила тяжіння – сила, з якою Земля притягує до себе тіла, що перебувають на її поверхні або поблизу неї.
Позначають силу тяжіння F
це сила прикладена до центра тіла, що притягується Землею, і напрямлена вертикально вниз, до центра Землі.
На тіло масою 1 кг з боку Землі на її поверхні діє сила 9,8 Н. Цю величину позначають g і записують g=9,8 Н/кг.
Виходячи з того, що під час вільного падіння швидкість будь-якого тіла збільшувалася щосекунди на 9,8 м/с, Ньютон довів, що сила тяжіння прямо пропорційна масі тіла, а коефіцієнт пропорційності — 9,8
Цей коефіцієнт називають прискоренням вільного падіння.
Тому модуль сили тяжіння можна виразити через масу тіла й прискорення вільного падіння g так: F Т = mg
Тяжіння на інших планетах різне. Наприклад на Місяці g=1,6 Н/кг,
Тіло, з вагою 70н на Землі, має на Місяці вагу 12Н, а на Марсі 27Н
Вага тіла залежить від маси планети і її радіуса.
Записати на дошці
Тіло має масу 50 кг з якою силою воно притягується до Землі?
І так, ми з’ясували, що на всі тіла розміщенні поблизу Землі діє сила тяжіння. Ця сила є причиною того, що тіла, які позбавлені опори або підвісу падають на Землю.
Але як поведуть себе тіла, які знаходяться на опорі або підвісі? (проблема)
Фронтальний експеримент.
Порівняння дії на долоню листка та важка.
Яке тіло чинить сильнішу дію: листок чи важок ? А як би ви назвали цю дію? Яке тіло більше важить?
Наслідки тяжіння.
Сила тяжіння діє на тіло незалежно від того, чи падає воно на землю, чи лежить на підставці. В обох випадках воно дорівнює 9,8 Н/кг*m. Тіло, що лежить на поверхні, не падає вниз, тому що ця поверхня перешкоджає йому.
6.4. Вага тіла.
Покладіть на долоню яблуко. Ви відчуєте, що яблуко тисне на долоню з певною силою, спрямованою вниз. Як ми вже знаємо, ця сила обумовлена притяганням яблука до Землі.
Демонстрація ваги тіла. (Дослід з важком, лінійкою і брусками).
Демонстрація .
Дія гирі на лінійку покладену на дерев’яний брусок.
Яка сила діє на гирю? Що сталося з лінійкою під дією гирі? (
Демонстрація .
Розтягування пружини динамометра під дією важка.
Що сталося з пружиню динамометра під дією важка?
Отже, всі тіла внаслідок притягання до Землі або тиснуть на опору, або розтягують підвіс. Для характеристики такої дії у фізиці вводять фізичну величину — вагу тіла.
Силу, з якою тіло внаслідок притягання його Землею тисне на опopy або розтягує підвіс, називають вагою тіла.
Необхідно звернути увагу учнів на те, що сила тяжіння визначається як сила, з якою тіло притягується до Землі, а вага — як сила, з якою тіло під дією сили тяжіння діє на опору або розтягує підвіс. Ці сили діють на різні тіла: сила тяжіння — на саме тіло, а вага — на підставку або підвіс. Якщо тіло нерухоме або рухається рівномірно, то сила тяжіння й вага рівні за модулем.
Вагу тіла позначають буквою Р.
Розрахунки показують, що вага тіла у стані спокою дорівнює силі тяжіння, що діє на це тіло: Р = mg.
Якщо на столі нерухомо лежить книга масою 500 г, то на цю книгу діє сила тяжіння 5 Н, але й вага цієї книги також дорівнює 5 Н. Однак це не означає, що вага й сила тяжіння — та сама сила. Ці сили істотно відрізняються одна від одної.
По-перше, ці сили прикладені до різних тіл: сила тяжіння прикладена до тіла, а вага тіла—до опори або підвісу.
По-друге, ці сили мають різну фізичну природу: сила тяжіння — це прояв сил всесвітнього тяжіння, що діють на відстані, а вага —зазвичай сила пружності, що діє при безпосередньому контакті.
І, нарешті, сила тяжіння діє на тіло, що перебуває поблизу Землі, завжди, а вага тіла може при цьому дорівнювати нулю. Вага тіла не завжди дорівнює силі тяжіння. Якщо швидкість тіла змінюється, його вага може бути більшою або меншою сили тяжіння.
Використовую ППЗ «Фізика 8», урок крок 10.
Розглянемо дію ще однієї сили, тобто коли підвіс діє на опору з певною силою називають Силою реакції опори.
Силу, з якою опора або підвіс діють на тіло називають силою реакції опори або підвісу. Позначають N.
На тіло, яке лежить на опорі, або утримується підвісом діють дві сили, сила тяжіння і сила реакції опори. Сила реакції опори і вага завжди рівні за модулем і протилежно напрямлені.
Інколи вагу ототожнюють з масою. Давайте звернемося до підручника і знайдемо на сторінках 106 та 137 відмінності між вагою та масою тіла.
Самостійна робота із підручником – 2 хв.
Погляньте на дошку і перевірте правильність виконання роботи.