Giải thích giấc mơ của Udilova 

Trọng lượng cơ thể trên một bề mặt nằm ngang. Lực trọng lượng, công thức. Công thức quan trọng để tính trọng lượng cơ thể












Quay lại phía trước

Chú ý! Bản xem trước trang chiếu chỉ nhằm mục đích cung cấp thông tin và có thể không thể hiện tất cả các tính năng của bản trình bày. Nếu bạn quan tâm đến tác phẩm này, vui lòng tải xuống phiên bản đầy đủ.

Bài trình bày này nhằm giúp ích cho học sinh lớp 9-10 khi chuẩn bị chủ đề “Trọng lượng cơ thể”.

Mục tiêu trình bày:

  1. Lặp lại và đào sâu các khái niệm: “trọng lực”; "trọng lượng cơ thể"; "không trọng lượng".
  2. Tập trung sự chú ý của học sinh vào thực tế là trọng lực và trọng lượng cơ thể là những lực khác nhau.
  3. Hướng dẫn học sinh xác định trọng lượng của một vật chuyển động thẳng đứng.

Trong cuộc sống hàng ngày, trọng lượng cơ thể được xác định bằng cân nặng. Từ bài vật lý lớp 7 chúng ta đã biết trọng lực tỉ lệ thuận với khối lượng của một vật. Vì vậy, trọng lượng của một vật thường được xác định bằng khối lượng hoặc trọng lực của nó. Từ quan điểm vật lý, đây là một sai lầm nghiêm trọng. Trọng lượng cơ thể là một lực, nhưng trọng lực và trọng lượng cơ thể là những lực khác nhau.

Lực hấp dẫn là trường hợp đặc biệt của sự biểu hiện của lực hấp dẫn phổ quát. Vì vậy, thật thích hợp khi nhắc lại định luật vạn vật hấp dẫn, cũng như việc lực hấp dẫn biểu hiện khi các vật thể hoặc một trong các vật thể có khối lượng rất lớn (slide 2).

Khi áp dụng định luật vạn vật hấp dẫn cho các điều kiện trên mặt đất (slide 3), hành tinh có thể được coi là một quả cầu đồng nhất và các vật thể nhỏ gần bề mặt của nó là khối lượng điểm. Bán kính trái đất là 6400 km. Khối lượng của Trái đất là 6∙10 24 kg.

= ,
trong đó g là gia tốc rơi tự do.

Ở gần bề mặt Trái Đất g = 9,8 m/s 2 ≈ 10 m/s 2.

Trọng lượng cơ thể là lực mà cơ thể này tác dụng lên một giá đỡ nằm ngang hoặc làm căng hệ thống treo.


Hình 1

Trong bộ lễ phục. Hình 1 thể hiện một vật thể trên một giá đỡ. Phản lực của trụ đỡ N (điều khiển F) không tác dụng lên trụ đỡ mà tác dụng lên vật nằm trên đó. Mô đun của phản lực mặt đất bằng mô đun trọng lượng theo định luật thứ ba của Newton. Trọng lượng cơ thể là trường hợp đặc biệt của sự biểu hiện độ đàn hồi. Đặc điểm quan trọng nhất của trọng lượng là giá trị của nó phụ thuộc vào gia tốc mà vật đỡ hoặc hệ thống treo di chuyển. Trọng lượng chỉ bằng trọng lực đối với một vật đứng yên (hoặc một vật chuyển động với tốc độ không đổi). Nếu cơ thể chuyển động với gia tốc thì trọng lượng có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn lực hấp dẫn, thậm chí bằng 0.

Bài trình bày, sử dụng ví dụ giải Bài tập 1, xem xét các trường hợp khác nhau để xác định trọng lượng của một tải nặng 500 g được treo vào lò xo lực kế, tùy thuộc vào bản chất của chuyển động:

a) tải được nâng lên hướng lên trên với gia tốc 2 m/s 2 ;
b) tải được hạ xuống với gia tốc 2 m/s 2 ;
c) tải được nâng lên đều;
d) Trọng lượng rơi tự do.

Nhiệm vụ tính trọng lượng cơ thể được bao gồm trong phần “Động lực học”. Việc giải các bài toán động lực học dựa trên việc sử dụng các định luật Newton với phép chiếu tiếp theo lên các trục tọa độ đã chọn. Điều này xác định trình tự các hành động.

  1. Một bản vẽ được thực hiện thể hiện các lực tác dụng lên (các) vật thể và hướng gia tốc. Nếu không xác định được hướng của gia tốc thì nó được chọn tùy ý và việc giải bài toán sẽ đưa ra câu trả lời về tính đúng đắn của lựa chọn.
  2. Viết định luật II Newton dưới dạng vectơ.
  3. Chọn các trục. Thông thường, sẽ thuận tiện khi hướng một trong các trục dọc theo hướng gia tốc của cơ thể và trục thứ hai - vuông góc với gia tốc. Việc lựa chọn các trục được xác định bằng cách xem xét tính thuận tiện: sao cho các biểu thức cho các hình chiếu của các định luật Newton sẽ có dạng đơn giản nhất.
  4. Các phương trình vectơ thu được trong các hình chiếu trên trục được bổ sung các quan hệ phát sinh từ văn bản của các điều kiện bài toán. Ví dụ, phương trình quan hệ động học, định nghĩa các đại lượng vật lý, định luật thứ ba của Newton.
  5. Sử dụng hệ phương trình thu được, họ cố gắng trả lời câu hỏi của bài toán.

Thiết lập hoạt ảnh trong bản trình bày cho phép bạn nhấn mạnh chuỗi hành động khi giải quyết vấn đề. Điều này rất quan trọng vì các kỹ năng có được khi giải các bài toán tính trọng lượng cơ thể sẽ hữu ích cho học sinh khi nghiên cứu các chủ đề và phần vật lý khác.

Giải pháp cho vấn đề 1.

1a. Vật chuyển động với gia tốc 2 m/s 2 hướng lên trên (trang 7).


Hình 2

1b. Cơ thể chuyển động với gia tốc hướng xuống dưới (trang 8). Chúng ta hướng trục OY hướng xuống dưới, sau đó các hình chiếu của trọng lực và độ đàn hồi trong phương trình (2) đổi dấu, và có dạng:

(2) mg – F điều khiển = ma.

Do đó, P = m(g-a) = 0,5 kg∙(10 m/s 2 - 2 m/s 2) = 4 N.

thế kỷ 1 Với chuyển động thẳng đều (slide 9), phương trình (2) có dạng:

(2) mg – F điều khiển = 0, vì không có gia tốc.

Do đó P = mg = 5 N.

1 năm Rơi tự do = (slide 10). Hãy sử dụng kết quả giải bài toán 1b:

P = m(g – a) = 0,5 kg(10 m/s 2 – 10 m/s 2) = 0 H.

Trạng thái trọng lượng cơ thể bằng 0 được gọi là trạng thái không trọng lượng.

Cơ thể chỉ bị ảnh hưởng bởi trọng lực.

Nói về tình trạng không trọng lượng, cần lưu ý rằng các phi hành gia trải qua trạng thái không trọng lượng kéo dài trong suốt chuyến bay với động cơ tàu vũ trụ đã tắt.

tàu, và để trải nghiệm trạng thái không trọng lượng trong thời gian ngắn, bạn chỉ cần nhảy. Người đang chạy lúc chân không chạm đất cũng ở trạng thái không trọng lượng.

Bài thuyết trình có thể được sử dụng trong lớp để giải thích chủ đề “Trọng lượng cơ thể”. Tùy thuộc vào mức độ chuẩn bị của lớp học, học sinh có thể không được cung cấp tất cả các slide có lời giải cho bài toán 1. Ví dụ, trong các lớp học có động lực học vật lý cao hơn, việc giải thích cách tính trọng lượng của một vật đang chuyển động là đủ. với khả năng tăng tốc đi lên (nhiệm vụ 1a) và các vấn đề còn lại (b, c, d) đưa ra quyết định độc lập với xác minh tiếp theo. Học sinh nên cố gắng tự rút ra kết luận thu được khi giải quyết vấn đề 1.

Kết luận (trang 11).

  1. Trọng lượng cơ thể và trọng lực là những lực khác nhau. Họ có bản chất khác nhau. Các lực này tác dụng lên các vật thể khác nhau: trọng lực - lên vật thể; trọng lượng cơ thể - đến giá đỡ (hệ thống treo).
  2. Trọng lượng của một vật chỉ trùng với trọng lực khi vật đó đứng yên hoặc chuyển động đều và thẳng, còn các lực khác, ngoại trừ trọng lực và phản lực của giá đỡ (lực căng treo), không tác dụng lên nó.
  3. Trọng lượng của một vật lớn hơn lực hấp dẫn (P > mg) nếu gia tốc của vật có hướng ngược với hướng của trọng lực.
  4. Trọng lượng cơ thể nhỏ hơn trọng lực (P< mg), если ускорение тела совпадает по направлению с силой тяжести.
  5. Trạng thái trọng lượng cơ thể bằng 0 được gọi là trạng thái không trọng lượng. Một vật ở trạng thái không trọng lượng khi nó chuyển động với gia tốc trọng trường, tức là khi chỉ có lực hấp dẫn tác dụng lên nó.

Nhiệm vụ 2 và 3 (slide 12) có thể được giao cho học sinh dưới dạng bài tập về nhà.

Bài thuyết trình “Trọng lượng cơ thể” có thể được sử dụng để học từ xa. Trong trường hợp này, nó được khuyến khích:

  1. khi xem bài thuyết trình, hãy ghi lời giải của bài toán 1 vào vở;
  2. độc lập giải các bài toán 2, 3, sử dụng trình tự các hành động được đề xuất trong bài trình bày.

Bài thuyết trình về chủ đề “Trọng lượng cơ thể” cho phép bạn trình bày lý thuyết giải các bài toán về động lực học theo một cách giải thích thú vị, dễ hiểu. Bài thuyết trình kích hoạt hoạt động nhận thức của học sinh và cho phép họ hình thành cách tiếp cận đúng đắn để giải quyết các vấn đề vật lý.

Văn học:

  1. Grinchenko B.I. Vật lý 10-11. Lý thuyết giải quyết vấn đề. Dành cho học sinh trung học và những người sắp vào đại học. – Velikiye Luki: Nhà in thành phố Velikiye Luki, 2005.
  2. Gendenshtein L.E. Vật lý. Lớp 10. Vào lúc 2 giờ Ch 1./L.E. Gendenshtein, Yu.I. Tinh ranh. – M.: Mnemosyne, 2009.
  3. Gendenshtein L.E. Vật lý. Lớp 10. Lúc 2 giờ chiều Phần 2. Sách bài tập./L.E. Gendenshtein, LA Kirik, I.M. Gelgafgat, I.Yu. Nenashev - M.: Mnemosyne, 2009.

Tài nguyên Internet:

  1. hình ảnh.yandex.ru
  2. videocat.chat.ru

Trong cuộc sống hàng ngày, các khái niệm về “khối lượng” và “trọng lượng” hoàn toàn giống nhau, mặc dù ý nghĩa ngữ nghĩa của chúng về cơ bản là khác nhau. Hỏi "Cân nặng của bạn là bao nhiêu?" ý chúng tôi là "Bạn nặng bao nhiêu kg?" Tuy nhiên, đối với câu hỏi mà chúng ta đang cố gắng tìm ra sự thật này, câu trả lời không được đưa ra bằng kilogam mà bằng newton. Tôi sẽ phải quay lại trường vật lý.

Trọng lượng cơ thể- đại lượng đặc trưng cho lực do vật tác dụng lên giá đỡ hoặc hệ thống treo.

Để so sánh, khối lượng cơ thể trước đây được định nghĩa đại khái là "lượng chất", định nghĩa hiện đại là:

Cân nặng - một đại lượng vật lý phản ánh khả năng quán tính của vật thể và là thước đo đặc tính hấp dẫn của nó.

Khái niệm khối lượng nói chung có phần rộng hơn khái niệm được trình bày ở đây, nhưng nhiệm vụ của chúng ta hơi khác một chút. Chỉ cần hiểu thực tế về sự khác biệt thực sự giữa khối lượng và trọng lượng là đủ.

Ngoài ra, chúng là kilôgam và trọng lượng (như một loại lực) là newton.

Và, có lẽ, sự khác biệt quan trọng nhất giữa trọng lượng và khối lượng nằm trong chính công thức trọng lượng, trông như thế này:

trong đó P là trọng lượng thực tế của vật thể (tính bằng Newton), m là khối lượng của nó tính bằng kilogam và g là gia tốc, thường được biểu thị bằng 9,8 N/kg.

Nói cách khác, công thức trọng lượng có thể được hiểu bằng ví dụ này:

Cân nặng khối 1 kg được treo vào một lực kế đang đứng yên để xác định nó cân nặng. Vì vật và bản thân lực kế đứng yên nên chúng ta có thể nhân khối lượng của nó một cách an toàn với gia tốc rơi tự do. Chúng ta có: 1 (kg) x 9,8 (N/kg) = 9,8 N. Chính với lực này mà trọng lượng tác dụng lên hệ thống treo của lực kế. Từ đó cho thấy trọng lượng cơ thể bằng nhau. Tuy nhiên, điều này không phải lúc nào cũng đúng.

Đã đến lúc phải nói một điểm quan trọng. Công thức trọng lượng chỉ bằng trọng lực trong trường hợp:

  • cơ thể đang nghỉ ngơi;
  • lực Archimedes (lực nổi) không tác dụng lên cơ thể. Một sự thật thú vị là một vật nhúng trong nước sẽ chiếm chỗ một thể tích nước bằng trọng lượng của nó. Nhưng nó không chỉ đẩy nước ra ngoài mà cơ thể còn trở nên “nhẹ hơn” nhờ lượng nước bị dịch chuyển. Đó là lý do tại sao bạn có thể nâng một cô gái nặng 60 kg trong nước bằng cách đùa giỡn và cười lớn, nhưng nhìn bề ngoài thì điều đó khó thực hiện hơn nhiều.

Khi cơ thể di chuyển không đều, tức là. khi thân xe và hệ thống treo chuyển động với gia tốc Một, thay đổi hình thức và công thức trọng lượng của nó. Tính chất vật lý của hiện tượng này thay đổi một chút, nhưng những thay đổi đó được phản ánh trong công thức như sau:

P=m(g-a).

Có thể thay thế bằng công thức, trọng lượng có thể âm, nhưng để làm được điều này, gia tốc mà vật chuyển động phải lớn hơn gia tốc trọng trường. Và ở đây, một lần nữa, điều quan trọng là phải phân biệt trọng lượng với khối lượng: trọng lượng âm không ảnh hưởng đến khối lượng (các tính chất của vật vẫn giữ nguyên), nhưng thực tế nó lại hướng theo hướng ngược lại.

Một ví dụ điển hình là với thang máy tăng tốc: khi tăng tốc mạnh, nó tạo ra cảm giác như bị “kéo lên trần nhà” trong thời gian ngắn. Tất nhiên, khá dễ dàng để gặp phải cảm giác như vậy. Việc trải nghiệm trạng thái không trọng lượng mà các phi hành gia trên quỹ đạo hoàn toàn cảm nhận được sẽ khó khăn hơn nhiều.

Không trọng lực - về cơ bản là thiếu cân. Để thực hiện được điều này, gia tốc mà cơ thể chuyển động phải bằng gia tốc g (9,8 N/kg). Cách dễ nhất để đạt được hiệu ứng này là ở quỹ đạo Trái đất thấp. Trọng lực, tức là lực hút vẫn tác dụng lên vật thể (vệ tinh) nhưng không đáng kể. Và gia tốc của một vệ tinh đang trôi trên quỹ đạo cũng có xu hướng bằng không. Đây là lúc phát sinh hiệu ứng của việc không có trọng lượng, vì cơ thể không tiếp xúc với giá đỡ hoặc hệ thống treo mà chỉ lơ lửng trong không khí.

Một phần hiệu ứng này có thể gặp phải khi máy bay cất cánh. Trong một giây, có cảm giác lơ lửng trên không: lúc này gia tốc mà máy bay đang chuyển động bằng gia tốc trọng trường.

Quay trở lại sự khác biệt một lần nữa cân nặng Và quần chúng,Điều quan trọng cần nhớ là công thức tính trọng lượng cơ thể khác với công thức tính khối lượng, trông giống như :

m= ρ/V,

nghĩa là mật độ của một chất chia cho thể tích của nó.

Chúng ta thường sử dụng những cụm từ như: “Một gói kẹo nặng 250 gram” hoặc “Tôi nặng 52 kg”. Việc sử dụng các ưu đãi như vậy là tự động. Nhưng trọng lượng là gì? Nó bao gồm những gì và làm thế nào để tính toán nó?

Đầu tiên bạn cần hiểu rằng thật sai lầm khi nói: “Vật này nặng X kg”. Trong vật lý có hai khái niệm khác nhau - khối lượng và trọng lượng. Khối lượng được đo bằng kilôgam, gam, tấn, v.v. và trọng lượng cơ thể được tính bằng newton. Vì vậy, khi chúng ta nói, chẳng hạn, rằng chúng ta nặng 52 kg, thực ra chúng ta muốn nói đến khối lượng chứ không phải trọng lượng.

Trọng lượng trong vật lý

Cân nặng – nó là thước đo quán tính của cơ thể. Cơ thể càng trơ ​​thì càng mất nhiều thời gian để tăng tốc. Nói một cách đại khái, giá trị khối lượng càng cao thì vật chuyển động càng khó. Trong Hệ Đơn vị Quốc tế, khối lượng được đo bằng kilôgam. Nhưng nó cũng được đo bằng các đơn vị khác chẳng hạn;

  • ounce;
  • lb;
  • cục đá;
  • tấn Mỹ;
  • tấn tiếng Anh;
  • gram;
  • miligam và vân vân.

Khi chúng ta nói một, hai, ba kilôgam, chúng ta so sánh khối lượng với khối lượng tham chiếu (nguyên mẫu của nó ở Pháp trong BIPM). Khối lượng được ký hiệu là m.

Cân nặng – đây là lực tác dụng lên hệ thống treo hoặc sự hỗ trợ do một vật bị hút bởi trọng lực. Nó là một đại lượng vectơ, có nghĩa là nó có hướng (giống như mọi lực), không giống như khối lượng (đại lượng vô hướng). Hướng luôn hướng về tâm Trái Đất (do trọng lực). Ví dụ, nếu chúng ta đang ngồi trên một chiếc ghế có chỗ ngồi song song với Trái đất thì vectơ lực hướng thẳng xuống. Trọng lượng được ký hiệu là P và được tính bằng newton [N].

Nếu vật chuyển động hoặc đứng yên thì lực hấp dẫn (Ftrọng lực) tác dụng lên vật bằng trọng lượng. Điều này đúng nếu chuyển động xảy ra dọc theo một đường thẳng so với Trái đất và nó có tốc độ không đổi. Trọng lượng tác dụng lên giá đỡ và trọng lực tác dụng lên chính cơ thể (nằm trên giá đỡ). Đây là những đại lượng khác nhau và bất kể thực tế là chúng bằng nhau trong hầu hết các trường hợp, không nên nhầm lẫn chúng.

Trọng lực- đây là kết quả của lực hút của cơ thể đối với mặt đất, trọng lượng là tác dụng của cơ thể lên giá đỡ. Vì vật làm cong (làm biến dạng) vật đỡ bởi trọng lượng của nó nên một lực khác xuất hiện, gọi là lực đàn hồi (Fel). Định luật thứ ba của Newton phát biểu rằng các vật tương tác với nhau bằng các lực có cùng độ lớn nhưng khác nhau về vectơ. Từ đó suy ra rằng đối với lực đàn hồi phải có một lực ngược chiều, và lực này được gọi là phản lực hỗ trợ và được ký hiệu là N.

Modulo |N|=|P|. Nhưng vì các lực này là đa hướng nên khi mở mô-đun ra, chúng ta nhận được N = - P. Đó là lý do tại sao trọng lượng có thể được đo bằng lực kế, bao gồm một lò xo và một cái cân. Nếu bạn treo một vật nặng lên thiết bị này, lò xo sẽ ​​giãn ra đến một điểm nhất định trên thước đo.

Cách đo trọng lượng cơ thể

Định luật thứ hai của Newton phát biểu rằng gia tốc bằng lực chia cho khối lượng. Do đó, F=m*a. Vì Ft bằng P (nếu vật đứng yên hoặc chuyển động thẳng (so với Trái Đất) với cùng vận tốc) nên P của vật sẽ bằng tích của khối lượng và gia tốc (P=m *Một).

Chúng ta biết cách tìm khối lượng, và chúng ta biết trọng lượng của một vật là bao nhiêu, tất cả những gì còn lại là tính gia tốc. Sự tăng tốc là đại lượng vectơ vật lý biểu thị sự thay đổi tốc độ của vật thể trên một đơn vị thời gian. Ví dụ, một vật chuyển động trong giây đầu tiên với tốc độ 4 m/s, và trong giây thứ hai tốc độ của nó tăng lên 8 m/s, nghĩa là gia tốc của nó bằng 2. Theo hệ đơn vị quốc tế, gia tốc được tính bằng mét trên giây bình phương [m/s 2 ].

Nếu bạn đặt một vật thể vào một môi trường đặc biệt, nơi không có lực cản không khí - chân không và loại bỏ giá đỡ, vật thể sẽ bắt đầu bay với gia tốc đều. Tên của hiện tượng này là Gia tốc trọng lực, ký hiệu là g và được tính bằng mét trên giây bình phương [m/s 2 ].

Điều thú vị là gia tốc không phụ thuộc vào khối lượng của vật, điều đó có nghĩa là nếu chúng ta ném một mảnh giấy và một vật nặng xuống Trái đất trong những điều kiện đặc biệt không có không khí (chân không), thì những vật này sẽ rơi xuống mặt đất. cùng một lúc. Vì chiếc lá có diện tích bề mặt lớn và khối lượng tương đối nhỏ nên để rơi được nó phải đối mặt với rất nhiều lực cản của không khí. . Điều này không xảy ra trong chân không., và do đó một cây bút, một mảnh giấy, một quả nặng, một viên đạn đại bác và các vật thể khác sẽ bay với cùng tốc độ và rơi cùng lúc (với điều kiện là chúng bắt đầu bay cùng lúc và tốc độ ban đầu của chúng bằng 0 ).

Vì Trái đất có hình dạng Geoid (hay nói cách khác là hình elip) chứ không phải hình cầu lý tưởng nên gia tốc trọng trường ở các phần khác nhau của Trái đất là khác nhau. Ví dụ, ở xích đạo nó là 9,832 m/s 2 và ở hai cực là 9,780 m/s 2 . Điều này xảy ra bởi vì ở một số nơi trên Trái đất, khoảng cách đến lõi lớn hơn và ở những nơi khác thì ít hơn. Vật càng ở gần tâm thì lực hút càng mạnh. Vật càng ở xa thì lực hấp dẫn càng ít. Thông thường, ở trường giá trị này được làm tròn thành 10, điều này được thực hiện để thuận tiện cho việc tính toán. Nếu cần đo chính xác hơn (trong các vấn đề kỹ thuật hoặc quân sự, v.v.) thì các giá trị cụ thể sẽ được lấy.

Như vậy, công thức tính trọng lượng cơ thể sẽ như sau: P=m*g.

Ví dụ về các bài toán tính trọng lượng cơ thể

Nhiệm vụ đầu tiên. Một vật có khối lượng 2kg được đặt trên bàn. Trọng lượng của hàng hóa là bao nhiêu?

Để giải quyết vấn đề này, chúng ta cần một công thức tính trọng lượng P=m*g. Chúng ta biết khối lượng của vật và gia tốc trọng trường xấp xỉ 9,8 m/s 2 . Chúng ta thay dữ liệu này vào công thức và nhận được P=2*9,8=19,6 N. Trả lời: 19,6 N.

Nhiệm vụ thứ hai. Một quả cầu parafin có thể tích 0,1 m 3 được đặt trên bàn. Trọng lượng của quả bóng là bao nhiêu?

Vấn đề này phải được giải quyết theo trình tự sau;

  1. Đầu tiên, chúng ta cần nhớ công thức khối lượng P=m*g. Chúng ta biết gia tốc - 9,8 m/s 2 . Tất cả những gì còn lại là tìm khối lượng.
  2. Khối lượng được tính bằng công thức m=p*V, trong đó p là mật độ và V là thể tích. Mật độ của parafin có thể được nhìn thấy trong bảng; chúng ta biết khối lượng.
  3. Cần thay các giá trị vào công thức để tìm khối lượng. m=900*0,1=90 kg.
  4. Bây giờ chúng ta thay các giá trị vào công thức đầu tiên để tìm trọng số. P=90*9.9=882 N.

Đáp số: 882N.

Băng hình

Bài học video này bao gồm chủ đề về trọng lực và trọng lượng cơ thể.

Trong các bài học trước, chúng ta đã thảo luận lực hấp dẫn phổ quát là gì và trường hợp đặc biệt của nó - lực hấp dẫn tác dụng lên các vật thể trên Trái đất.

Trọng lực là lực tác dụng lên bất kỳ vật thể nào nằm gần bề mặt Trái đất hoặc một vật thể thiên văn khác. Trọng lực đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống của chúng ta, vì mọi thứ xung quanh chúng ta đều chịu ảnh hưởng của nó. Hôm nay chúng ta sẽ xem xét một lực khác thường gắn liền với lực hấp dẫn. Lực này là trọng lượng cơ thể. Chủ đề của bài học hôm nay: “Trọng lượng cơ thể. Không trọng lượng"

Dưới tác dụng của một lực đàn hồi tác dụng lên mép trên của vật, vật này cũng bị biến dạng và một lực đàn hồi khác cũng phát sinh do vật bị biến dạng. Lực này tác dụng vào mép dưới của lò xo. Ngoài ra, nó có độ lớn bằng lực đàn hồi của lò xo và hướng xuống dưới. Chính lực đàn hồi này của vật mà chúng ta sẽ gọi là trọng lượng của nó, tức là trọng lượng của vật tác dụng lên lò xo và hướng xuống dưới.

Sau khi vật dao động của lò xo tắt đi, hệ sẽ đạt đến trạng thái cân bằng trong đó tổng các lực tác dụng lên vật sẽ bằng 0. Điều này có nghĩa là lực hấp dẫn có độ lớn bằng nhau và ngược hướng với lực đàn hồi của lò xo (Hình 2). Cái sau có độ lớn bằng nhau và ngược chiều với trọng lượng của vật, như chúng ta đã phát hiện ra. Điều này có nghĩa là lực hấp dẫn có độ lớn bằng trọng lượng của cơ thể. Tỷ lệ này không phổ biến nhưng trong ví dụ của chúng tôi nó khá công bằng.

Cơm. 2. Trọng lượng và trọng lực ()

Công thức trên không có nghĩa là trọng lực và trọng lượng là như nhau. Hai lực này có bản chất khác nhau. Trọng lượng là lực đàn hồi tác dụng lên vật treo từ phía bên của cơ thể, và trọng lực là lực tác dụng lên cơ thể từ phía Trái đất.

Cơm. 3. Trọng lượng và trọng lực của vật trên hệ thống treo và trên giá đỡ ()

Hãy cùng tìm hiểu một số đặc điểm của trọng lượng. Trọng lượng là lực mà một vật tác dụng lên một giá đỡ hoặc làm căng một hệ thống treo, do đó nếu vật không bị treo hoặc không cố định vào một giá đỡ thì trọng lượng của nó bằng không. Kết luận này có vẻ mâu thuẫn với kinh nghiệm hàng ngày của chúng ta. Tuy nhiên, nó có những ví dụ vật lý khá công bằng.

Nếu lò xo cùng với vật treo lơ lửng được thả ra và để rơi tự do thì đồng hồ đo lực kế sẽ hiển thị giá trị bằng 0 (Hình 4). Lý do cho điều này rất đơn giản: tải và lực kế đang chuyển động với cùng gia tốc (g) và cùng tốc độ ban đầu bằng 0 (V 0). Đầu dưới của lò xo chuyển động đồng bộ với tải trọng, khi đó lò xo không bị biến dạng và không phát sinh lực đàn hồi trong lò xo. Do đó không có lực đàn hồi ngược là trọng lượng của vật, tức là vật không có trọng lượng hoặc không có trọng lượng.

Cơm. 4. Một lò xo rơi tự do có vật treo vào ()

Trạng thái không trọng lượng phát sinh do thực tế là trong điều kiện trên mặt đất, lực hấp dẫn truyền gia tốc như nhau cho mọi vật thể, gọi là gia tốc trọng trường. Trong ví dụ của chúng ta, chúng ta có thể nói rằng tải và lực kế đang chuyển động với cùng một gia tốc. Nếu chỉ có trọng lực hoặc chỉ có lực hấp dẫn phổ quát tác dụng lên một vật thì vật đó ở trạng thái không trọng lượng. Điều quan trọng là phải hiểu rằng trong trường hợp này chỉ có trọng lượng của cơ thể biến mất chứ không phải lực hấp dẫn tác dụng lên cơ thể này.

Trạng thái không trọng lượng không có gì lạ, nhiều bạn đã trải nghiệm nó khá thường xuyên - bất kỳ người nào nảy hoặc nhảy từ bất kỳ độ cao nào đều ở trạng thái không trọng lượng cho đến thời điểm tiếp đất.

Chúng ta hãy xem xét trường hợp khi lực kế và vật gắn với lò xo của nó chuyển động xuống dưới với một gia tốc nào đó nhưng không rơi tự do. Số chỉ của lực kế sẽ giảm so với số chỉ khi có tải cố định và lò xo, có nghĩa là trọng lượng cơ thể đã trở nên nhẹ hơn so với lúc đứng yên. Lý do cho sự giảm sút này là gì? Hãy đưa ra một lời giải thích toán học dựa trên định luật thứ hai của Newton.

Cơm. 5. Giải thích toán học về trọng lượng cơ thể ()

Có hai lực tác dụng lên vật: trọng lực hướng xuống dưới và lực đàn hồi của lò xo hướng lên trên. Hai lực này truyền gia tốc cho cơ thể. và phương trình chuyển động sẽ là:

Hãy chọn trục y (Hình 5), vì tất cả các lực đều hướng theo phương thẳng đứng nên một trục là đủ cho chúng ta. Kết quả của việc chiếu và chuyển các số hạng, chúng ta thu được mô đun của lực đàn hồi sẽ bằng:

ma = mg - F điều khiển

F điều khiển = mg - ma,

trong đó ở bên trái và bên phải của phương trình là hình chiếu của các lực xác định theo định luật thứ hai Newton lên trục y. Theo định nghĩa, trọng lượng tuyệt đối của một vật bằng lực đàn hồi của lò xo và thay giá trị của nó vào, ta có:

P = F điều khiển = mg - ma = m(g - a)

Trọng lượng của một vật bằng tích của khối lượng vật đó và hiệu gia tốc. Từ công thức thu được, rõ ràng là nếu mô đun gia tốc của một vật nhỏ hơn mô đun gia tốc trọng trường thì trọng lượng của vật đó nhỏ hơn lực hấp dẫn, nghĩa là trọng lượng của một vật chuyển động với tốc độ nhanh hơn. nhỏ hơn trọng lượng của vật lúc đứng yên.

Hãy xem xét trường hợp một vật có trọng lượng chuyển động nhanh lên trên (Hình 6).

Kim lực kế sẽ hiển thị giá trị trọng lượng cơ thể lớn hơn tải trọng khi đứng yên.

Cơm. 6. Vật mang theo trọng lượng chuyển động nhanh lên trên ()

Vật chuyển động hướng lên trên và gia tốc của nó cùng hướng nên ta cần đổi dấu hình chiếu gia tốc lên trục y.

Từ công thức, rõ ràng bây giờ trọng lượng của vật lớn hơn trọng lực, tức là lớn hơn trọng lượng của vật lúc đứng yên.

Sự gia tăng trọng lượng cơ thể do chuyển động tăng tốc của nó được gọi là quá tải.

Điều này đúng không chỉ với một vật được treo trên một lò xo mà còn đúng với một vật được gắn trên một giá đỡ.

Hãy xem xét một ví dụ trong đó một vật thay đổi trong quá trình chuyển động có gia tốc (Hình 7).

Ô tô di chuyển dọc theo cây cầu với quỹ đạo lồi, tức là dọc theo quỹ đạo cong. Chúng ta sẽ coi hình dạng của cây cầu là một vòng cung của một vòng tròn. Từ động học, chúng ta biết rằng ô tô chuyển động với gia tốc hướng tâm, độ lớn của gia tốc này bằng bình phương tốc độ chia cho bán kính cong của cầu. Tại thời điểm nó ở điểm cao nhất, gia tốc này sẽ hướng thẳng đứng xuống dưới. Theo định luật thứ hai của Newton, gia tốc này được truyền cho ô tô nhờ tổng lực hấp dẫn và phản lực của mặt đất.

Hãy chọn trục tọa độ y hướng thẳng đứng lên trên và viết phương trình này dưới dạng hình chiếu lên trục đã chọn, thay thế các giá trị và thực hiện các phép biến đổi:

Cơm. 7. Điểm cao nhất của xe()

Trọng lượng của một chiếc ô tô, theo định luật thứ ba của Newton, có mô đun bằng phản lực hỗ trợ (), trong khi chúng ta thấy rằng mô đun của trọng lượng của ô tô nhỏ hơn lực hấp dẫn, nghĩa là nhỏ hơn trọng lượng của ô tô đang đứng yên.

Khi được phóng lên từ Trái đất, một tên lửa chuyển động thẳng đứng hướng lên trên với gia tốc a=20 m/s2. Trọng lượng của phi công-nhà du hành vũ trụ trong cabin tên lửa là bao nhiêu nếu khối lượng của anh ta là m=80 kg?

Rõ ràng là gia tốc của tên lửa hướng lên trên và để giải nó chúng ta phải sử dụng công thức trọng lượng vật thể cho trường hợp quá tải (Hình 8).

Cơm. 8. Minh họa bài toán

Cần lưu ý rằng nếu một vật đứng yên so với Trái đất có trọng lượng 2400 N thì khối lượng của nó là 240 kg, tức là phi hành gia cảm thấy nặng gấp ba lần so với thực tế.

Chúng tôi đã phân tích khái niệm trọng lượng cơ thể, tìm ra các tính chất cơ bản của đại lượng này và thu được các công thức cho phép chúng ta tính trọng lượng của một cơ thể đang chuyển động với gia tốc.

Nếu một vật chuyển động thẳng đứng xuống dưới và mô đun gia tốc nhỏ hơn gia tốc trọng trường thì trọng lượng của vật đó giảm so với giá trị trọng lượng của vật đứng yên.

Nếu một vật chuyển động thẳng đứng lên trên với tốc độ nhanh hơn thì trọng lượng của nó tăng lên và vật đó bị quá tải.

Thư mục

  1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Vật lý (trình độ cơ bản) - M.: Mnemosyne, 2012.
  2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Vật lý lớp 10. - M.: Mnemosyne, 2014.
  3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Vật lý - 9, Mátxcơva, Giáo dục, 1990.

Bài tập về nhà

  1. Xác định trọng lượng cơ thể.
  2. Sự khác biệt giữa trọng lượng cơ thể và trọng lực là gì?
  3. Trạng thái không trọng lượng xảy ra khi nào?
  1. Cổng thông tin Internet Physics.kgsu.ru ().
  2. Cổng thông tin Internet Festival.1september.ru ().
  3. Cổng thông tin Internet Terver.ru ().

Định nghĩa 1

Trọng lượng thể hiện lực tác động của cơ thể lên một giá đỡ (hệ thống treo hoặc kiểu buộc chặt khác), ngăn ngừa sự rơi ngã và phát sinh trong trường trọng lực. Đơn vị trọng lượng trong hệ SI là newton.

Khái niệm trọng lượng cơ thể

Khái niệm “trọng lượng” như vậy không được coi là cần thiết trong vật lý. Vì vậy, người ta nói nhiều hơn về khối lượng hoặc sức mạnh của cơ thể. Đại lượng có ý nghĩa hơn được coi là lực tác động lên vật đỡ, hiểu biết về nó có thể giúp ích, ví dụ, trong việc đánh giá khả năng của một kết cấu trong việc giữ vật thể được nghiên cứu trong các điều kiện nhất định.

Trọng lượng có thể được đo bằng cân lò xo, cũng dùng để đo khối lượng gián tiếp khi được hiệu chuẩn thích hợp. Đồng thời, cân đòn bẩy không cần điều này, vì trong tình huống như vậy, các khối lượng cần so sánh sẽ chịu gia tốc trọng trường bằng nhau hoặc tổng các gia tốc trong hệ quy chiếu phi quán tính.

Khi cân bằng cân lò xo kỹ thuật, sự thay đổi của gia tốc do trọng lực thường không được tính đến, vì ảnh hưởng thường nhỏ hơn mức yêu cầu trong thực tế liên quan đến độ chính xác của cân. Ở một mức độ nào đó, kết quả của các phép đo có thể được phản ánh bởi lực Archimedes, với điều kiện là các vật thể có mật độ khác nhau được cân trên thang đòn bẩy và các chỉ số so sánh của chúng.

Trọng lượng và khối lượng đại diện cho các khái niệm khác nhau trong vật lý. Do đó, trọng lượng được coi là một đại lượng vectơ mà vật thể sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hệ thống treo ngang hoặc hệ thống treo thẳng đứng. Khối lượng đồng thời biểu thị một đại lượng vô hướng, thước đo quán tính của một vật thể (khối lượng quán tính) hoặc điện tích của trường hấp dẫn (khối lượng hấp dẫn). Những đại lượng như vậy cũng sẽ có đơn vị đo khác nhau (trong SI, khối lượng được biểu thị bằng kilogam và trọng lượng tính bằng newton).

Các tình huống có trọng lượng bằng 0 và khối lượng khác 0 cũng có thể xảy ra (ví dụ: khi chúng ta đang nói về cùng một cơ thể, trong điều kiện không trọng lực, trọng lượng của mỗi cơ thể sẽ bằng 0, nhưng khối lượng sẽ khác nhau đối với mọi người) .

Công thức quan trọng để tính trọng lượng cơ thể

Trọng lượng của một vật ($P$), đang đứng yên trong hệ quy chiếu quán tính, tương đương với lực hấp dẫn tác dụng lên nó và tỉ lệ với khối lượng $m$, cũng như gia tốc trọng trường $ g$ tại một điểm nhất định.

Lưu ý 1

Gia tốc trọng trường sẽ phụ thuộc vào độ cao so với bề mặt trái đất, cũng như tọa độ địa lý của điểm đo.

Kết quả của sự quay hàng ngày của Trái đất là sự giảm trọng lượng theo vĩ độ. Vì vậy, ở xích đạo trọng lượng sẽ nhỏ hơn ở cực.

Một yếu tố khác ảnh hưởng đến giá trị của $g$ có thể được coi là dị thường hấp dẫn, gây ra bởi các đặc điểm cấu trúc của bề mặt trái đất. Khi một vật thể nằm gần một hành tinh khác (không phải Trái đất), gia tốc trọng trường thường được xác định bởi khối lượng và kích thước của hành tinh này.

Trạng thái không trọng lượng (không trọng lượng) sẽ xảy ra khi vật ở xa vật hút hoặc rơi tự do, tức là trong tình huống

$(g – w) = 0$.

Một vật có khối lượng $m$, có trọng lượng đang được phân tích, có thể chịu tác dụng của một số lực bổ sung nhất định, được xác định gián tiếp bởi thực tế là có sự hiện diện của trường hấp dẫn, đặc biệt là lực Archimedes và lực ma sát.

Sự khác biệt giữa lực trọng lượng cơ thể và lực hấp dẫn

Lưu ý 2

Trọng lực và trọng lượng là hai khái niệm khác nhau liên quan trực tiếp đến lý thuyết trường hấp dẫn của vật lý. Hai khái niệm rất khác nhau này thường bị hiểu sai và sử dụng sai ngữ cảnh.

Tình trạng này càng trở nên trầm trọng hơn bởi thực tế là theo cách hiểu thông thường, khái niệm khối lượng (có nghĩa là một tính chất của vật chất) và trọng lượng cũng sẽ được coi là giống hệt nhau. Chính vì lý do này mà sự hiểu biết đúng đắn về trọng lực và trọng lượng được coi là rất quan trọng trong cộng đồng khoa học.

Thông thường hai khái niệm gần như giống nhau này được sử dụng thay thế cho nhau. Lực hướng về một vật thể từ Trái đất hoặc một hành tinh khác trong Vũ trụ của chúng ta (theo nghĩa rộng hơn - bất kỳ thiên thể nào) sẽ đại diện cho lực hấp dẫn:

Lực mà vật tác dụng trực tiếp lên giá đỡ hoặc hệ thống treo thẳng đứng sẽ được coi là trọng lượng của vật, ký hiệu là $W$ và biểu thị một đại lượng có hướng vectơ.

Các nguyên tử (phân tử) của cơ thể sẽ đẩy lùi các hạt của bazơ. Hậu quả của quá trình này là:

  • thực hiện biến dạng một phần không chỉ của giá đỡ mà còn của vật thể;
  • sự xuất hiện của lực đàn hồi;
  • một sự thay đổi trong một số tình huống nhất định (ở một mức độ nhỏ) về hình dạng của phần thân và phần hỗ trợ, điều này sẽ xảy ra ở cấp độ vĩ mô;
  • sự xuất hiện của một phản lực hỗ trợ với sự xuất hiện song song của một lực đàn hồi trên bề mặt của cơ thể, trở thành một phản ứng đối với sự hỗ trợ (điều này sẽ đại diện cho trọng lượng).