Вес и невесомость

Вес — очень знакомое слово. Однако очень часто, к сожалению, смешивают понятия «сила тяжести» и «вес тела», а в быту вес отождествляют с массой. Непосредственные предшественники Ньютона (Декарт и Гюйгенс) путали понятия массы и веса. Первое четкое различие между весом и массой мы находим в предисловии к работе Джована Баттисты Бальяни «О естественном движении тел»:

«…в то время как вес ведет себя как действующее начало, вещество ведет себя как пассивное начало, и поэтому тяжелые тела движутся в зависимости от отношения их веса к их веществу. Природа тяжелых тел такова, что их вес связан с веществом: каков вес, а значит, и его способность к действию, таково количество и вещества». Отсюда видно, что Бальяни было ясно не только понятие массы, но и ее пропорциональность весу.

Вес — это сила. Он ничем не отличается от любой другой силы, если не считать двух особенностей: вес направлен вертикально и действует постоянно, его невозможно устранить. Вес — это не что иное, как одно из проявлений силы упругости. Если тело лежит на опоре, то вследствие притяжения к Земле оно давит на опору. По этой же причине подвешенное тело растягивает подвес. Вес тела обладает особенностями, существенно отличающими его от силы тяжести. Во-первых, вес тела определяется всей совокупностью действующих на тело сил, а не только силой тяжести (так, вес тела в жидкости или воздухе меньше, чем в вакууме, из-за появления выталкивающей силы) Вовторых, вес тела, как мы увидим при решении задач, существенно зависит от ускорения, с которым движется опора (подвес). А при свободном падении наступает невесомость.

Решение задач:

1. Найти вес автомобиля, движущегося в верхней точке выпуклого моста, радиус кривизны которого 800 м, если автомобиль движется со скоростью 72км/ч. А его масса 1200 кг.

Вес движущегося автомобиля равен по модулю силе упругости моста, действующей на транспорт. В уравнение второго закона Ньютона войдет именно эта сила упругости. В проекции на ось ОУ это уравнение имеет вид:

— F + mg = mб,.

F = m (g — б).

Так как б = VІ/R, то Р=F, Р=m (g-VІ/R). Видно, что в верхней точке моста вес тела меньше силы тяжести.

Р=1200кг (9,8Н/кг — 400мІ/сІ/800м)=11 160Н=11,16кН.

• 2. Космический корабль совершает мягкую посадку на Луну (g_л=1,6м/сІ), двигаясь замедленно в вертикальном направлении (относительно Луны) с постоянным ускорением 8,4м/сІ. Сколько весит космонавт массой 70 кг, находящийся в этом корабле?
• 3. С какой скоростью должен автомобиль проходить середину выпуклого моста радиусом 40 м, чтобы пассажир на мгновение оказался в состоянии невесомости?
• 4. На экваторе некоторой планеты тела весят в два раза меньше, чем на полюсе. Плотность вещества планеты 3000кг/м?. Определите период обращения планеты вокруг собственной оси.
• 5. Найти среднюю плотность планеты, у которой на экваторе пружинные весы показывают вес тела на 10% меньше, чем на полюсе. Сутки на планете составляют 24 часа.