Вес тела

теория по физике 🧲 динамика

Определение

Вес тела — сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле давит на опору или растягивает подвес.

Вес тела имеет электромагнитную природу (не путать с силой тяжести — она возникает между двумя телами и имеет гравитационную природу!). Обозначается P. Измеряется динамометром. Единица измерения — Н (Ньютон).

Вес имеет направление, противоположное силе реакции опоры или силе натяжения нити. Точкой приложения веса является точка опоры или подвеса: P↑↓N или P↑↓T.

Согласно III закону Ньютона модуль веса тела определяется одной из следующих формул:

P = T; P = N; P = Fупр.

Если тело и опора или подвес неподвижны, то модули силы реакции опоры, силы натяжения подвеса, а также силы упругости равны модулю силы тяжести. Поэтому в неподвижной системе модуль веса неподвижного тела тоже равен модулю силы тяжести:

P0 = Fтяж = mg

Если тело находится в состоянии невесомости, его вес равен нулю: P = 0. Это значит, что это тело не оказывает никакого действия ни на подвес, ни на опору.

Пример №1. Гиря массой 1 пуд стоит на полу. Определить вес гири.

Так как гиря покоится, ее вес будет равен модулю силы тяжести. 1 пуд = 16,38 кг. Следовательно:

P = mg = 16,38∙10 = 163,8 (Н)

Перегрузка

Перегрузка — отношение абсолютной величины линейного ускорения, вызванного негравитационными силами, к стандартному ускорению свободного падения на поверхности.

Перегрузка определяется отношением:

Перегрузка возникает, когда система, в которой находится тело, движется с ускорением.

Вес тела в движущейся равноускоренно системе

Вес тела в движущейся системе может быть больше или меньше веса того же тела в системе, которая находится в состоянии покоя:

  1. Если система движется равноускоренно в направлении ускорения свободного падения, вес тела меньше веса тела в неподвижной системе: при a↑↑g P < P0.
  2. Если система движется равноускоренно в направлении, противоположном ускорению свободного падения, вес тела больше веса тела в неподвижной системе: при a↑↓g P > P0.
  3. Если система движется с равномерной скоростью (ускорение равно нулю) в любом направлении по отношению к ускорению свободного падения, вес тела равен весу тела в неподвижной системе: при a = 0 — P = P0.

Применение законов Ньютона для определения веса тела

Опора или подвес неподвижны

Второй закон Ньютона в векторной форме:

N + mg = ma или T + mg = ma

Проекция на ось ОУ:

N – mg = 0 или T — mg = 0

Ускорение опоры направлено вверх

Второй закон Ньютона в векторной форме:

N + mg = ma

Проекция на ось ОУ:

N – mg = ma

Вес тела:

P = N = ma + mg = m(a + g)

Ускорение опоры направлено вниз

Второй закон Ньютона в векторной форме:

N + mg = ma

Проекция на ось ОУ:

mg – N = ma

Вес тела:

P = N = mg – ma = m(g – a)

Вершина выпуклого моста

Второй закон Ньютона в векторной форме:

N + mg = maц.с.

Проекция на ось ОУ:

mg – N = m aц.с.

Вес тела:

P = N = mg – m aц.с. = m(g – aц.с.)

Нижняя точка вогнутого моста

Второй закон Ньютона в векторной форме:

N + mg = maц.с.

Проекция на ось ОУ:

N – mg = maц.с.

Вес тела:

P = N = maц.с. + mg = m(aц.с. + g)

Полный оборот на подвесе

Второй закон Ньютона в векторной форме:

T + mg = ma

Проекция на ось ОУ в точке А:

T + mg = maц.с.

Вес тела в точке А:

P = T = maц.с. – mg = m (aц.с. – g)

Проекция на ось ОУ в точке В:

T – mg = maц.с.

Вес тела в точке В:

P = T = maц.с. + mg = m (aц.с. + g)

Важно! Центростремительное ускорение всегда направлено к центру окружности.

Пример №2. Автомобиль массой 1000 кг едет по выпуклому мосту с радиусом кривизны 40 м. Какую скорость должен иметь автомобиль в верхней точке моста, чтобы пассажиры в этой точке почувствовали невесомость?

Вес тела в верхней точке выпуклого моста равен:

P = m(g – aц.с.)

Чтобы пассажиры почувствовали состояние невесомости, вес тела должен быть равен 0:

m(g – aц.с.) = 0

Масса не может быть нулевой, поэтому:

g – aц.с. = 0

g = aц.с

Значит, пассажиры в верхней точке моста почувствуют невесомость, если центростремительное ускорение будет равно ускорению свободного падения. Центростремительное ускорение определяется формулой:

Отсюда скорость автомобиля в верхней точке моста должна быть равна:

Задание EF18133

Четыре одинаковых кирпича массой m каждый сложены в стопку (см. рисунок). Если убрать два верхних кирпича, то модуль силы N, действующей со стороны горизонтальной опоры на первый кирпич, уменьшится на…

Алгоритм решения

1.Вычислить силу, с которой оставшиеся кирпичи давят на опору.
2.Применить третий закон Ньютона.
3.Определить силу, с которой действует горизонтальная опора на первый кирпич.

Решение

Так как кирпичи покоятся, вес каждого равен:

P = mg

Вес двух кирпичей равен:

2P = 2mg

Опора действует на первый кирпич с такой же силой, с какой на него действует два кирпича, оставшихся после того, как два верхних кирпича убрали.

Следовательно:

N = 2P = 2mg

Ответ: б

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF17624

Подъёмный кран поднимает груз с постоянным ускорением. На груз со стороны каната действует сила, равная по величине 8⋅103 H. На канат со стороны груза действует сила, которая:

а) 8∙103 Н

б) меньше 8∙103 Н

в) больше 8∙103 Н

г) равна силе тяжести, действующей на груз

Алгоритм решения

1.Сформулировать третий закон Ньютона.
2.Применить закон Ньютона к канату и грузу.
3.На основании закона сделать вывод и определить силу, которая действует на канат со стороны груза.

Решение

Третий закон Ньютона формулируется так:

«Силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулям и направлены по одной прямой в противоположные стороны».

Математически он записывается так:

FA = –FB

Если на груз со стороны каната действует некоторая сила, то и груз действует на канат с этой силой, которая называется весом этого груза, или силой натяжения нити. Следовательно, груз действует на канат с силой 8∙103 Н.

Ответ: а

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF22586

Мальчик медленно поднимает гирю, действуя на неё с силой 100 Н. Гиря действует на руку мальчика с силой:

а) больше 100 Н, направленной вниз

б) меньше 100 Н, направленной вверх

в) 100 Н, направленной вниз

г) 100 Н, направленной вверх

 

Алгоритм решения

1.Записать исходные данные.
2.Сделать чертеж, иллюстрирующий ситуацию.
3.Записать второй закон Ньютона в векторной форме.
4.Записать второй закон Ньютона в виде проекций.
5.Вычислить силу, с которой гиря действует на руку мальчика.

Решение

Запишем исходные данные: мальчик поднимает гирю вверх с силой F = 100 Н.

Сделаем рисунок. В данном случае рука мальчика выступает в роли подвеса. Так как мальчик поднимает гирю медленно, можно считать, что он поднимает ее равномерно (равнодействующая всех сил равна нулю). Выберем систему координат, направление оси которой совпадает с направлением движения руки и гири.

На руку (подвес) действуют только две силы. Поэтому второй закон Ньютона выглядит следующим образом:

P + T = 0

Запишем этот же закон в проекции на ось ОУ:

–P + T = 0

Отсюда:

P = T

Следовательно, на руку мальчика действует вес гири, который по модулю равен силе, с которой мальчик действует на эту гирю.

Внимание! Существует второй способ решения задачи через третий закон Ньютона. Согласно ему, тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю, но противоположными по направлению.

Ответ: в

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить


Алиса Никитина | 📄 Скачать PDF | Просмотров: 2.7k | Оценить:

Добавить комментарий



Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *