Schwerkraft und Gewicht sind zwei Konzepte der Gravitationsfeldtheorie der Physik. Diese beiden Konzepte werden oft falsch interpretiert und im falschen Kontext verwendet. Diese Situation wird dadurch verschärft, dass auf der gewöhnlichen Ebene auch die Begriffe Masse (eine Eigenschaft der Materie) und Gewicht als etwas Identisches wahrgenommen werden. Deshalb ist ein korrektes Verständnis von Schwerkraft und Gewicht für die Wissenschaft wichtig. Oft werden diese beiden nahezu ähnlichen Konzepte synonym verwendet. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die Grundkonzepte, ihre Ausprägungen, Sonderfälle, Gemeinsamkeiten und schließlich ihre Unterschiede.
Analyse grundlegender Konzepte:

Die auf ein Objekt vom Planeten Erde oder von einem anderen Planeten im Universum (jedem astronomischen Körper im weiteren Sinne) gerichtete Kraft ist die Schwerkraft. Kraft ist eine beobachtbare Demonstration der Schwerkraft. Numerisch ausgedrückt durch die Gleichung Fschwer=mg (g=9,8m/s2).

Diese Kraft wird auf jedes Mikroteilchen des Körpers ausgeübt; auf der Makroebene bedeutet dies, dass sie auf den Schwerpunkt eines bestimmten Körpers ausgeübt wird, da die auf jedes Teilchen einzeln wirkenden Kräfte durch die Resultierende dieser Kräfte ersetzt werden können. Diese Kraft ist eine Vektorkraft, die immer auf den Massenschwerpunkt des Planeten gerichtet ist. Andererseits kann Ft als Gravitationskraft zwischen zwei Körpern ausgedrückt werden, die normalerweise unterschiedliche Massen haben. Bei einem Abstand zwischen interagierenden Objekten in einem Quadrat wird ein umgekehrt proportionaler Zusammenhang beobachtet (gemäß Newtons Formel).

Im Falle eines Körpers auf einer Ebene ist es der Abstand zwischen dem Körper und dem Massenschwerpunkt des Planeten, der sein Radius (R) darstellt. Abhängig von der Höhe des Körpers über der Oberfläche ändern sich Fstrand und g, wenn der Abstand zwischen verbundenen Objekten zunimmt, bzw. (R+h), wobei h die Höhe über der Oberfläche angibt. Daraus folgt: Je höher das Objekt über dem Erdniveau liegt, desto geringer ist die Schwerkraft und desto geringer ist der g-Wert.

Körpergewicht, Eigenschaften, Vergleich mit der Schwerkraft

Die Kraft, mit der ein Körper auf eine Stütze oder vertikale Aufhängung einwirkt, wird als Körpergewicht bezeichnet (W). Dies ist eine vektorielle Richtungsgröße. Die Atome (oder Moleküle) des Körpers werden von den Partikeln der Basis abgestoßen, was zu einer teilweisen Verformung sowohl des Trägers als auch des Objekts führt, es entstehen elastische Kräfte und in einigen Fällen die Form des Körpers und des Trägers auf Makroebene ändert sich leicht. Es entsteht eine Stützreaktionskraft; parallel dazu entsteht auch eine elastische Kraft an der Körperoberfläche als Reaktion auf die Stützreaktion – das ist die Gewichtskraft. Das Körpergewicht (W) ist der Bodenreaktionskraft vektoriell entgegengesetzt.

In Sonderfällen gilt für alle die Gleichheit W= m(g-a):

Der Ständer ist stationär, wenn sich ein Gegenstand auf dem Tisch befindet, oder er bewegt sich gleichmäßig mit konstanter Geschwindigkeit (a = 0). In diesem Fall ist W = F schwer.

Wenn die Stütze nach unten beschleunigt, beschleunigt auch der Körper nach unten, dann ist W kleiner als FGewicht und das Gewicht ist völlig Null, wenn die Beschleunigung gleich der Beschleunigung des freien Falls ist (bei g=a, W=0) In diesem Fall liegt eine Manifestation der Schwerelosigkeit vor, der Träger bewegt sich mit der Beschleunigung g und es treten daher keine verschiedenen Spannungen und Verformungen durch von außen einwirkende kontaktmechanische Kräfte auf. Schwerelosigkeit kann auch erreicht werden, indem man einen Körper an einem neutralen Punkt zwischen zwei identischen gravitierenden Massen platziert oder indem man den Gegenstand von der Schwerkraftquelle wegbewegt.

Ein homogenes Gravitationsfeld kann von Natur aus keinen „Stress“ im Körper verursachen, genauso wie ein Körper, der sich unter dem Einfluss der F-Schwerkraft bewegt, keine Gravitationsbeschleunigung spürt und ein schwereloser, „stressfreier“ Körper bleibt. In der Nähe eines ungleichmäßigen Feldes (massive astronomische Objekte) erfährt ein frei fallender Körper verschiedene Gezeitenkräfte und das Phänomen der Schwerelosigkeit wird nicht auftreten, da verschiedene Körperteile ungleichmäßig beschleunigen und ihre Form ändern.

Stehen Sie mit nach oben gerichtetem Körper. Das Äquivalent aller Kräfte wird nach oben gerichtet sein, daher ist die F-Reaktion der Stütze größer als Fweight und W größer als Fweight, und dieser Zustand wird als Überlastung bezeichnet. Überlastfaktor (K) – wie oft das Gewicht größer als Fheavy ist. Dieser Wert wird beispielsweise bei Flügen ins All und in der militärischen Luftfahrt berücksichtigt, da vor allem in diesen Bereichen erhebliche Geschwindigkeiten erreicht werden können.

Überlastung erhöht die Belastung der menschlichen Organe, vor allem der Bewegungsapparat und das Herz werden aufgrund einer Gewichtszunahme des Blutes und der inneren Organe am stärksten belastet. Überlastung ist ebenfalls eine Richtungsgröße und ihre Konzentration in einer bestimmten Richtung für den Körper muss berücksichtigt werden (Blutströme zu den Beinen oder zum Kopf usw.). Zulässige Überlastungen sind bis zu einem K-Wert von maximal zehn zulässig.

Hauptunterschiede

1. Diese Kräfte werden auf ungleiche „Flächen“ ausgeübt. Die F-Spannung wird auf den Schwerpunkt des Objekts ausgeübt und das Gewicht auf die Stütze oder Aufhängung.
2. Der Unterschied liegt im physikalischen Wesen: Die Schwerkraft ist eine Gravitationskraft, während das Gewicht elektromagnetischer Natur ist. Im Wesentlichen befindet sich ein Körper, der keiner Verformung durch äußere Kräfte ausgesetzt ist, in der Schwerelosigkeit.
3. Ft und W können sich sowohl im quantitativen Wert als auch in der Richtung unterscheiden; wenn die Beschleunigung des Körpers nicht Null ist, dann ist W des Körpers entweder größer oder kleiner als die Schwerkraft, wie in den oben genannten Fällen (wenn die Beschleunigung gerichtet ist). in einem Winkel, dann ist W auf die Beschleunigung gerichtet).
4. Körpergewicht und Schwerkraft an den Polen und am Äquator des Planeten. Am Pol bewegt sich ein auf der Oberfläche liegendes Objekt mit der Beschleunigung a = 0, da es sich auf der Rotationsachse befindet und daher F und W zusammenfallen. Am Äquator erfährt der Körper unter Berücksichtigung der Rotation von West nach Ost eine Zentripetalbeschleunigung und der Schwerpunkt aller Kräfte wird nach dem Newtonschen Gesetz in Richtung der Beschleunigung auf das Zentrum des Planeten gerichtet sein. Entgegen der Schwerkraft wird die Reaktionskraft des Trägers ebenfalls zum Erdmittelpunkt gerichtet sein, jedoch geringer sein als Fheavy und das Gewicht des Körpers wird dementsprechend geringer sein als Fheavy.

Abschluss

Im 20. Jahrhundert wurden die Konzepte von absolutem Raum und absoluter Zeit in Frage gestellt. Der relativistische Ansatz stellte nicht nur alle Beobachter, sondern auch die Bewegung oder Beschleunigung auf die gleiche relative Basis. Dies hat zu Verwirrung darüber geführt, was genau mit Schwerkraft und Gewicht gemeint ist. Die Skala in einem beschleunigenden Aufzug kann beispielsweise nicht von der Skala in einem Gravitationsfeld unterschieden werden.

Damit wurden Gravitationskraft und Gewicht wesentlich vom Beobachtungsakt und vom Beobachter abhängig. Dies führte dazu, dass das Konzept in grundlegenden Disziplinen wie der Physik und der Chemie als überflüssig galt. Dennoch bleibt die Repräsentation im Physikunterricht wichtig. Die durch die Relativitätstheorie eingeführte Mehrdeutigkeit führte ab den 1960er Jahren zu Diskussionen darüber, wie Gewicht zu definieren sei, wobei zwischen der nominalen Definition: Kraft aufgrund der Schwerkraft oder der operativen Definition, die direkt durch den Vorgang des Wiegens bestimmt wird, gewählt wurde.

In der modernen Wissenschaft sind Gewicht und Masse unterschiedliche Konzepte. Gewicht ist die Kraft, mit der der Körper auf eine horizontale Stütze oder vertikale Aufhängung einwirkt. Die Masse ist ein Maß für die Trägheit eines Körpers.

Gewicht gemessen in Kilogramm, und Gewicht in Newton. Das Gewicht ist das Produkt aus Masse und Erdbeschleunigung (P = mg). Der Gewichtswert (bei konstanter Körpermasse) ist proportional zur Erdbeschleunigung, die von der Höhe über der Erdoberfläche (oder einem anderen Planeten) abhängt. Und um noch genauer zu sein: Gewicht ist eine besondere Definition des 2. Newtonschen Gesetzes – Kraft ist gleich dem Produkt aus Masse und Beschleunigung (F=ma). Daher wird sie wie alle Kräfte in Newton berechnet.

Gewicht- eine konstante Sache, aber Gewicht Genau genommen hängt es zum Beispiel von der Höhe ab, auf der sich der Körper befindet. Es ist bekannt, dass mit zunehmender Höhe die Erdbeschleunigung abnimmt und das Körpergewicht bei gleichen Messbedingungen entsprechend abnimmt. Seine Masse bleibt konstant.
Unter Bedingungen der Schwerelosigkeit haben beispielsweise alle Körper ein Gewicht von Null und jeder Körper hat seine eigene Masse. Und wenn die Werte der Waage im Ruhezustand des Körpers Null sind, dann ist der Aufprall unterschiedlich, wenn Körper mit der gleichen Geschwindigkeit auf die Waage treffen.

Interessanterweise kommt es aufgrund der täglichen Erdrotation zu einer Gewichtsabnahme in Breitenrichtung: Am Äquator sind es etwa 0,3 % weniger als an den Polen.

Dennoch wird vor allem in der Welt eine strikte Unterscheidung zwischen den Konzepten Gewicht und Masse akzeptiert Physik, und in vielen alltäglichen Situationen wird das Wort „Gewicht“ weiterhin verwendet, wenn eigentlich von „Masse“ gesprochen wird. Seien Sie übrigens nicht beunruhigt, wenn Sie die Aufschriften auf dem Produkt sehen: „Nettogewicht“ und „Bruttogewicht“, NET ist das Nettogewicht des Produkts und BRUTTO das Gewicht mit Verpackung.

Genau genommen sollte man beim Marktbesuch zum Verkäufer sagen: „Bitte wiegen Sie ein Kilogramm“ ... oder „Geben Sie mir 2 Newton Doktorwurst.“ Natürlich hat sich der Begriff „Gewicht“ bereits als Synonym für den Begriff „Masse“ durchgesetzt, aber das erübrigt nicht die Notwendigkeit, ihn zu verstehen Es ist überhaupt nicht dasselbe.

Heute werden wir ein scheinbar unbedeutendes, aber tatsächlich sehr wichtiges Thema ansprechen. Wir werden uns nämlich mit dem Unterschied zwischen Masse und Gewicht befassen. Ein Schulabsolvent weiß, dass Gewicht und Masse nicht dasselbe sind. Aber selbst der am meisten betitelte Physiker wird dem Verkäufer nicht sagen: „Gib mir ein Kilogramm Äpfel.“ Er wird „wiegen“ sagen und damit die Menge des Apfelprodukts meinen, nicht dessen Schwere. Lassen Sie uns das Geheimnis dieses Sachverhalts lüften.

Schauen wir uns das Physiklehrbuch an

Gewicht ist eine Kraft, eine variable Größe, gemessen in Newton, also die Wirkung auf die Auflage eines liegenden Gegenstandes oder die Spannung einer Aufhängung. Masse ist die Stoffmenge im Körper, berechnet in Kilogramm, Tonnen, Pfund usw. und ist ein konstanter Wert.

Bei stationären Objekten sind die Werte dieser Parameter direkt proportional. Beim Wiegen wird die Kraft ermittelt, mit der das Produkt auf den Ständer drückt, und das Display zeigt seine Masse an. Sehr praktisch für Verkäufer und Käufer.

Wann entsteht ein Unterschied?

• Je weiter vom Erdmittelpunkt entfernt, desto kleiner ist g und desto leichter ist der Körper.
• Trägheit. Beim Start eines Flugzeugs oder einer Rakete kommt es zu einer Überlastung des Piloten. Zu seiner Schwerkraft kam die Trägheit des Starts hinzu und der Druck auf die Stütze (Stuhl) nahm zu. Im Gegenteil: Wenn der Aufzug nach unten fährt, wird der Passagier leichter und übt weniger Druck auf den Boden aus.
• Ein fallender Gegenstand wiegt nichts, da K = g - g = 0. Dies ist ein Zustand der Schwerelosigkeit, obwohl die Masse gleich bleibt.
• Unter den Bedingungen anderer Planeten ändert sich die Schwerkraft. Auf dem Mond beträgt g=1,62 und auf dem Mars 3,86. Derselbe Körper ist auf dem Mond 6-mal leichter, auf dem Mars 2,5-mal leichter als unter terrestrischen Bedingungen.

Warum kommt es zu Verwirrung?

Ein Mensch nimmt die Welt durch Empfindungen wahr. Wir können keine Masse spüren, aber wir können Gewicht spüren. Das Mädchen hält ein Buch. In diesem Fall dient die Handfläche als Stütze. Das Buch drückt, die Hand wehrt sich. Der Leser spürt die Anstrengung, das Buch zu halten. Die Reaktion ist die einzige Möglichkeit, die uns von der Natur gegebene Masse zu bestimmen. Daher ist der Grund für die Substitution von Konzepten die Diskrepanz zwischen den Normen der Sprache und physikalischen Phänomenen.

Der Begriff, den wir aus der frühen Kindheit kennen, ist Masse. Und doch gibt es in einem Physikstudium einige Schwierigkeiten, die mit dem Studium verbunden sind. Daher ist es notwendig, klar zu definieren, wie es erkannt werden kann? Und warum ist es nicht gleich dem Gewicht?

Bestimmung der Masse

Die naturwissenschaftliche Bedeutung dieses Wertes besteht darin, dass er die im Körper enthaltene Stoffmenge bestimmt. Zur Bezeichnung wird üblicherweise der lateinische Buchstabe m verwendet. Die Maßeinheit im Standardsystem ist das Kilogramm. Bei Aufgaben und im Alltag werden häufig nicht-systemische verwendet: Gramm und Tonne.

In einem Schulphysikkurs lautet die Antwort auf die Frage: „Was ist Masse?“ gegeben bei der Untersuchung des Trägheitsphänomens. Dann wird es als die Fähigkeit eines Körpers definiert, Änderungen in seiner Bewegungsgeschwindigkeit zu widerstehen. Daher wird die Masse auch als träge bezeichnet.

Was ist Gewicht?

Erstens ist dies eine Kraft, also ein Vektor. Masse ist ein Skalargewicht, das immer an einer Stütze oder Aufhängung befestigt ist und in die gleiche Richtung wie die Schwerkraft gerichtet ist, also vertikal nach unten.

Die Formel zur Gewichtsberechnung hängt davon ab, ob sich die Stütze (Aufhängung) bewegt. Im Ruhezustand des Systems wird folgender Ausdruck verwendet:

P = m * g, wobei P (in englischen Quellen wird der Buchstabe W verwendet) das Gewicht des Körpers ist, g die Beschleunigung des freien Falls. Für die Erde wird g üblicherweise mit 9,8 m/s 2 angenommen.

Daraus lässt sich die Massenformel ableiten: m = P / g.

Bei einer Bewegung nach unten, also in Richtung des Gewichts, nimmt sein Wert ab. Daher hat die Formel die Form:

P = m (g – a). Dabei ist „a“ die Beschleunigung des Systems.

Das heißt, wenn diese beiden Beschleunigungen gleich sind, liegt ein Zustand der Schwerelosigkeit vor, wenn das Körpergewicht Null ist.

Wenn der Körper beginnt, sich nach oben zu bewegen, sprechen wir von Gewichtszunahme. In dieser Situation tritt ein Überlastungszustand auf. Da das Körpergewicht zunimmt, sieht die Formel folgendermaßen aus:

P = m (g + a).

Wie hängt die Masse mit der Dichte zusammen?

Lösung. 800 kg/m3. Um die bereits bekannte Formel anwenden zu können, müssen Sie das Volumen des Flecks kennen. Die Berechnung ist einfach, wenn man den Punkt als Zylinder betrachtet. Dann lautet die Volumenformel:

V = π * r 2 * h.

Außerdem ist r der Radius und h die Höhe des Zylinders. Dann beträgt das Volumen 668794,88 m 3. Jetzt können Sie die Masse zählen. Es wird so aussehen: 535034904 kg.

Antwort: Die Masse des Öls beträgt etwa 535036 Tonnen.

Aufgabe Nr. 5. Bedingung: Die Länge des längsten Telefonkabels beträgt 15151 km. Wie groß ist die Kupfermasse, die bei der Herstellung verwendet wurde, wenn der Querschnitt der Drähte 7,3 cm 2 beträgt?

Lösung. Die Dichte von Kupfer beträgt 8900 kg/m3. Das Volumen wird mithilfe einer Formel ermittelt, die das Produkt aus der Fläche der Grundfläche und der Höhe (hier die Länge des Kabels) des Zylinders enthält. Aber zuerst müssen Sie diese Fläche in Quadratmeter umrechnen. Das heißt, dividieren Sie diese Zahl durch 10.000. Nach Berechnungen ergibt sich, dass das Volumen des gesamten Kabels ungefähr 11.000 m 3 beträgt.

Jetzt müssen Sie die Dichte- und Volumenwerte multiplizieren, um herauszufinden, wie groß die Masse ist. Das Ergebnis ist die Zahl 97900000 kg.

Antwort: Die Masse von Kupfer beträgt 97900 Tonnen.

Ein weiteres Problem im Zusammenhang mit der Masse

Aufgabe Nr. 6. Zustand: Die größte Kerze wog 89867 kg und hatte einen Durchmesser von 2,59 m. Wie hoch war sie?

Lösung. Die Wachsdichte beträgt 700 kg/m3. Die Höhe muss aus ermittelt werden. Das heißt, V muss durch das Produkt aus π und dem Quadrat des Radius geteilt werden.

Und das Volumen selbst wird aus Masse und Dichte berechnet. Es stellt sich heraus, dass es 128,38 m 3 entspricht. Die Höhe betrug 24,38 m.

Antwort: Die Höhe der Kerze beträgt 24,38 m.

Die fünfzehnte Folge der Sendung ist neuen physikalischen Größen gewidmet – der Körpermasse und ihrem Gewicht. Diese Konzepte werden oft verwechselt und das Gewicht wird in Kilogramm gemessen. Aber das ist ein grober Fehler und Professor Daniil Edisonovich Quark wird erklären, warum das so ist. Ist es möglich, das Körpergewicht zu verändern oder sogar völlig schwerelos zu machen? Die Physik bejaht die Frage. Möchten Sie wissen, wie das geht? Dann schauen Sie sich eine Physik-Videolektion der Academy of Entertaining Sciences an, die sich mit Körpermasse und Gewicht befasst.

Körpermasse und Gewicht

Was ist der Unterschied zwischen Masse und Körpergewicht? Es scheint dasselbe zu sein. Aber warum können wir dann, wenn wir auf der Waage stehen, ihre Messwerte durch bestimmte Aktionen (Heben der Arme oder Beugen des Oberkörpers) ändern? Zur Klärung dieser Fragen benötigen Sie eine Physik-Videolektion. Ja, es gibt einen Unterschied. Aus physikalischer Sicht ist es falsch, den Verkäufer zu fragen, wie viel ein bestimmtes Produkt wiegt. Es ist richtig, zu fragen, wie groß seine Masse ist! Gewicht ist eine Vektorgröße, eine Kraft. Sie hat immer eine Richtung. Bleibt Ihr Körpergewicht gleich, kann sein Gewicht verändert werden. Wenn wir beispielsweise eine Banane auf die Waage legen und mit der Hand darauf drücken, erhalten wir mehr Gewicht, während die Masse der Banane gleich bleibt. Das Körpergewicht ist die Kraft, mit der dieser Körper, wenn er vom Boden angezogen wird, auf die Stütze drückt oder die Aufhängung streckt. Wenn die Körpermasse in Kilogramm gemessen wird, wird das Gewicht wie jede Kraft in Newton gemessen. Jetzt ist klar, warum es falsch ist zu sagen, dass das Körpergewicht so viele Kilogramm beträgt? Das Körpergewicht wird also immer in Newton gemessen, während die Körpermasse in Gramm, Kilogramm usw. gemessen werden kann. Im Gegensatz zur Körpermasse ist das Körpergewicht kein konstanter Wert. Es kann zunehmen oder abnehmen, während das Körpergewicht gleich bleibt. Die Körpermasse ist eine skalare Größe. Warum raubt es einem den Atem, wenn man auf einer Schaukel kräftig schwingt? Professor Quark glaubt, dass es sich hierbei um ein Gefühl der Schwerelosigkeit handelt, ähnlich dem, das im Weltraum auftritt. Wie kommt es, dass das Körpergewicht auch nur für einen Moment Null wird? Und das geschieht so, weil der Körper im Moment des Sturzes auf nichts drückt und nichts zurückzieht, also kein Gewicht hat. Hier ist ein weiteres Beispiel dafür, dass sich das Gewicht eines Körpers ändern kann, während seine Masse konstant bleibt. Im Wasser wiegen alle Körper weniger als an Land. Sonst konnten wir nicht schwimmen, sondern gingen direkt auf den Grund. Ein Elefant mit einem Körpergewicht von 1 Tonne wiegt an Land mehr als im Wasser. Wale mit einem Gewicht von mehr als 30 Tonnen können wie Vögel im Wasser schweben.