Grawitacja i waga to dwa pojęcia związane z teorią pola grawitacyjnego fizyki. Te dwa pojęcia są często źle interpretowane i stosowane w niewłaściwym kontekście. Sytuację pogarsza fakt, że na zwykłym poziomie pojęcia masy (właściwości materii) i ciężaru są również postrzegane jako coś identycznego. Dlatego właściwe zrozumienie grawitacji i ciężaru jest ważne dla nauki. Często te dwa prawie podobne pojęcia są stosowane zamiennie. Ten artykuł zawiera przegląd podstawowych pojęć, ich przejawów, specjalnych przypadków, podobieństw i wreszcie ich różnic.
Analiza podstawowych pojęć:
Grawitacja
Siła skierowana na obiekt od strony planety Ziemia lub od strony innej planety we Wszechświecie (dowolne ciało astronomiczne w szerokim znaczeniu) to grawitacja. Siła jest możliwą do zaobserwowania demonstracją manifestacji grawitacji. Wyrażony liczbowo przez równanie Światłowód = mg (g = 9,8 m / s2).
Siła ta jest przykładana do każdej mikrocząstki ciała, na poziomie makro oznacza to, że przykłada się ją do środka ciężkości ciała, ponieważ siły działające na każdą cząstkę oddzielnie można zastąpić wypadkową tych sił. Ta siła jest wektorowa, zawsze skierowana w stronę środka masy planety. Z drugiej strony ciąg F można wyrazić poprzez siłę grawitacji między dwoma ciałami, zwykle różną masą. Wystąpi odwrotnie proporcjonalny związek z interwałem między kwadratami oddziaływujących obiektów (zgodnie ze wzorem Newtona).
W przypadku ciała na płaszczyźnie będzie to przerwa między ciałem a środkiem masy planety, która jest jego promieniem (R). W zależności od wysokości ciała nad powierzchnią F napięcie i g zmieniają się, ponieważ odpowiednio zwiększa się przerwa między połączonymi obiektami (R + h), gdzie h pokazuje wysokość nad powierzchnią. Wynika to z zależności, że im wyżej obiekt znajduje się powyżej poziomu Ziemi, tym niższa jest grawitacja i mniejsza g.
Masa ciała, charakterystyka, porównanie z grawitacją
Siła, z jaką ciało działa na podporę lub zawieszenie pionowe, nazywa się ciężarem ciała. (W). Jest to wektorowa wielkość kierunkowa. Atomy (lub cząsteczki) ciała są odpychane od cząstek podstawowych, co powoduje częściowe odkształcenie zarówno podparcia, jak i obiektu, powstają siły sprężyste, aw niektórych przypadkach kształt ciała i podparcia zmienia się nieznacznie na poziomie makro. Występuje siła reakcji podpory, równolegle do powierzchni ciała, siła elastyczna powstaje również w odpowiedzi na reakcję podpory - jest to ciężar. Wektor masy ciała (W) skierowany przeciwnie, siła reakcji wspierającej.
Przypadki szczególne, dla wszystkich zachowana jest równość W = m (g-a):
Stojak jest nieruchomy w przypadku przedmiotu na stole lub porusza się równomiernie ze stałą prędkością (a = 0) W tym przypadku W = F.
Jeśli podpora przyspiesza w dół, wówczas ciało przyspiesza w dół, wówczas W jest mniejsze niż ciężar własny F, a waga jest całkowicie zerowa, jeśli przyspieszenie jest równe przyspieszeniu grawitacyjnemu (dla g = a, W = 0) W tym przypadku występuje przejaw nieważkości, podpora porusza się z przyspieszeniem g, a zatem nie będzie innych naprężeń i odkształceń niż przyłożona z zewnątrz siła kontaktowa-mechaniczna. Zerową grawitację można również osiągnąć poprzez umieszczenie ciała w neutralnym punkcie między dwiema identycznymi masami grawitacyjnymi lub poprzez odsunięcie obiektu od źródła grawitacji.
Jednorodne pole grawitacyjne z natury nie może powodować „naprężeń” w ciele, podobnie jak ciało poruszające się pod wpływem F nie odczuwa przyspieszenia grawitacyjnego i pozostaje ciałem „bez obciążenia”. W pobliżu niejednorodnego pola (masywne obiekty astronomiczne) swobodnie spadające ciało odczuje na sobie różne siły pływowe, a zjawisko nieważkości będzie nieobecne, ponieważ różne części ciała nierównomiernie przyspieszą i zmienią swój kształt.Stojak z ciałem poruszającym się w górę. Równoważnik wszystkich sił będzie skierowany w górę, dlatego reakcja podpory będzie większa niż napięcie F i W większa niż napięcie F, a ten warunek nazywa się przeciążeniem. Wielokrotność przeciążenia (K) - ile razy wielkość ciężaru jest większa niż siła F. Wartość ta jest brana pod uwagę na przykład podczas lotów w kosmos i lotnictwa wojskowego, ponieważ głównie na tych obszarach można osiągnąć znaczne prędkości..
Przeciążenie zwiększa obciążenie narządów ludzkich, głównie układ mięśniowo-szkieletowy i serce są najbardziej obciążone, ze względu na wzrost masy krwi i narządów wewnętrznych. Przeciążenie jest również wielkością ukierunkowaną i należy wziąć pod uwagę jego koncentrację w określonym kierunku (krew pędzi do nóg lub głowy itp.) Dopuszczalne przeciążenia do wartości K nie większej niż dziesięć.
Kluczowe różnice
- Siły te są przykładane do nierównych „obszarów”. Ciężar przykłada się do środka ciężkości przedmiotu, a ciężar przykłada się do podpory lub zawieszenia.
- Różnica polega także na istocie fizycznej: grawitacja jest siłą grawitacji, podczas gdy ciężar ma charakter elektromagnetyczny. W rzeczywistości ciało niepodlegające odkształceniu od sił zewnętrznych ma zerową grawitację.
- Napięcie i W mogą różnić się zarówno pod względem wartości ilościowej, jak i kierunku, jeśli przyspieszenie ciała nie jest równe zeru, wówczas ciało jest albo większe, albo mniejsze niż grawitacja, jak w powyższych przypadkach (jeśli przyspieszenie jest skierowane pod kątem, wówczas W jest skierowane na przyspieszenie).
- Masa ciała i grawitacja na biegunach planety i równika. Na biegunie obiekt leżący na powierzchni porusza się z przyspieszeniem a = 0, ponieważ znajduje się na osi obrotu, dlatego napięcie F i W będą się pokrywać. Na równiku, biorąc pod uwagę obrót z zachodu na wschód, w ciele pojawia się przyspieszenie dośrodkowe i, zgodnie z prawem Newtona, skupienie wszystkich sił zostanie skierowane na środek planety, w kierunku przyspieszenia. W przeciwieństwie do siły grawitacji, siła reakcji podpory będzie również skierowana w stronę środka ziemi, ale będzie mniejsza niż masa F, a zatem masa ciała będzie odpowiednio mniejsza niż masa F.
Wniosek
W XX wieku zakwestionowano koncepcje absolutnej przestrzeni i czasu. Podejście relatywistyczne stawia nie tylko wszystkich obserwatorów, ale także przemieszczenie lub przyspieszenie, na tych samych względnych podstawach. Doprowadziło to do zamieszania co do znaczenia grawitacji i ciężaru. Na przykład skali w przyspieszającej windzie nie można odróżnić od skali w polu grawitacyjnym.
Siła grawitacyjna i ciężar stały się zatem zasadniczo zależne od aktu obserwacji i obserwatora. Spowodowało to odrzucenie koncepcji, ponieważ jest zbyteczne w podstawowych dyscyplinach, takich jak fizyka i chemia. Jednak wydajność pozostaje ważna w nauczaniu fizyki. Niejednoznaczność wprowadzonych względności, poczynając od lat 60. XX wieku, doprowadziła do dyskusji na temat sposobu określania masy poprzez wybór między definicją nominalną: siłą wynikającą z działania grawitacji lub definicją operacyjną określoną bezpośrednio na podstawie aktu ważenia.
