กำหนดน้ำหนักตัวโดยนักฟิสิกส์ มวลกายและน้ำหนัก

ฉันมักจะเจอความจริงที่ว่าผู้คนไม่เข้าใจความแตกต่างระหว่างน้ำหนักและมวล โดยทั่วไปสิ่งนี้เป็นสิ่งที่เข้าใจได้ เนื่องจากเราใช้เวลาทั้งชีวิตในสนามโน้มถ่วงที่ไม่สิ้นสุดของโลก และปริมาณเหล่านี้เชื่อมโยงกันตลอดเวลาสำหรับเรา และการเชื่อมต่อนี้ยังได้รับการเสริมทางภาษาด้วยความจริงที่ว่าเราค้นหามวลด้วยความช่วยเหลือของตาชั่ง "ชั่งน้ำหนัก" ตัวเราเองหรือพูดอาหารในร้านค้า
แต่เรายังคงพยายามแก้ให้หายยุ่งกับแนวคิดเหล่านี้

เราจะไม่ลงรายละเอียดปลีกย่อย (เช่น g ที่แตกต่างกันในสถานที่ต่างๆ บนโลก และอื่นๆ) ฉันต้องการทราบว่าทั้งหมดนี้รวมอยู่ในหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียนแล้ว ดังนั้นหากคุณเข้าใจสิ่งต่อไปนี้ทั้งหมดอย่าสาบานกับผู้ที่ไม่เข้าใจสิ่งเหล่านี้และในเวลาเดียวกันกับผู้ที่ตัดสินใจ เพื่ออธิบายเรื่องนี้เป็นครั้งที่ร้อย) ฉันหวังว่าจะมีคนที่บันทึกนี้จะช่วยเสริมความเข้าใจในโลกรอบตัวพวกเขา

งั้นไปกัน. มวลของร่างกายเป็นการวัดความเฉื่อยของมัน นั่นคือการวัดความยากในการเปลี่ยนความเร็วของร่างกายนี้ในขนาด (เร่งหรือลดความเร็ว) หรือในทิศทาง ในระบบ SI มีหน่วยวัดเป็นกิโลกรัม (kg) มักจะเขียนแทนด้วยตัวอักษร ม. มันเป็นตัวแปรที่ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ไม่ว่าจะบนโลกหรือในอวกาศ

แรงโน้มถ่วงวัดเป็นหน่วย SI ในหน่วยนิวตัน (N) นี่คือแรงที่โลกดึงดูดวัตถุ และมีค่าเท่ากับผลคูณ m*g ค่าสัมประสิทธิ์ g คือ 10 m/s2 เรียกว่าความเร่งของแรงโน้มถ่วง ด้วยความเร่งนี้ วัตถุเริ่มเคลื่อนที่สัมพันธ์กับพื้นผิวโลก โดยปราศจากการรองรับ (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หากร่างกายเริ่มต้นจากสถานะหยุดนิ่ง ความเร็วของมันจะเพิ่มขึ้น 10 เมตรต่อวินาที)

ตอนนี้ให้พิจารณาร่างที่มีมวล m นอนนิ่งอยู่บนโต๊ะ ถ้าให้เจาะจง ให้มวลเป็น 1 กิโลกรัม วัตถุนี้ถูกกระทำในแนวตั้งลงในแรงโน้มถ่วง mg (แนวตั้งนั้นถูกกำหนดอย่างแม่นยำโดยทิศทางของแรงโน้มถ่วง) เท่ากับ 10 N. V ระบบทางเทคนิคหน่วยของแรงนี้เรียกว่าแรงกิโลกรัม (kgf)

ตารางไม่อนุญาตให้ร่างกายของเราเร่งความเร็วโดยกระทำกับมันด้วยแรง N พุ่งขึ้นในแนวตั้ง (การดึงแรงนี้จากโต๊ะนั้นถูกต้องมากกว่า แต่เพื่อไม่ให้เส้นทับซ้อนกันฉันจะวาดจากศูนย์กลางของ ร่างกาย):

N เรียกว่าแรงปฏิกิริยารองรับ ซึ่งช่วยรักษาสมดุลของแรงโน้มถ่วง (ในกรณีนี้มีขนาดเท่ากับ 10 นิวตันเท่ากัน) เพื่อให้แรงลัพธ์ F (ผลรวมของแรงทั้งหมด) เท่ากับศูนย์: F = mg - N = 0.

และเราเห็นว่าแรงมีความสมดุลจากกฎข้อที่สองของนิวตัน F = m*a ซึ่งถ้าความเร่งของร่างกาย a เป็นศูนย์ (นั่นคือ แรงนั้นอยู่นิ่งอย่างในกรณีของเรา หรือเคลื่อนที่สม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง) แล้วแรงลัพธ์ F ก็เป็นศูนย์เช่นกัน

ในที่สุดเราก็บอกได้ว่าน้ำหนักคืออะไร - นี่คือแรงที่ร่างกายกระทำบนขาตั้งหรือช่วงล่าง ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน แรงนี้อยู่ตรงข้ามกับแรง N และมีค่าเท่ากับแรงนั้นในค่าสัมบูรณ์ นั่นคือในกรณีนี้จะเท่ากับ 10 N = 1 kgf สำหรับคุณแล้วดูเหมือนว่าทั้งหมดนี้ซับซ้อนโดยไม่จำเป็น และคุณควรจะพูดทันทีว่าน้ำหนักและแรงโน้มถ่วงเป็นสิ่งเดียวกันใช่ไหม ท้ายที่สุดแล้วพวกมันเกิดขึ้นพร้อมกันทั้งในทิศทางและขนาด

ไม่ จริงๆ แล้วมีความแตกต่างกันอย่างมาก แรงโน้มถ่วงกระทำอย่างต่อเนื่อง น้ำหนักเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับความเร่งของร่างกาย ลองยกตัวอย่าง

1. คุณสตาร์ทด้วยลิฟต์ความเร็วสูง (ความเร็วสูงเพื่อให้ระยะการเร่งความเร็วน่าประทับใจ/สังเกตได้ชัดเจนยิ่งขึ้น) มวลของคุณคือ 70 กิโลกรัม (คุณสามารถคำนวณตัวเลขด้านล่างทั้งหมดสำหรับมวลของคุณใหม่ได้) น้ำหนักของคุณในลิฟต์แบบอยู่กับที่ (ก่อนสตาร์ท) คือ 700 N (หรือ 70 kgf) ในขณะที่เร่งความเร็วขึ้น แรง F ที่เกิดขึ้นจะพุ่งขึ้นด้านบน (ซึ่งสิ่งนี้จะทำให้คุณเร่งความเร็วขึ้น) แรงปฏิกิริยา N จะเกินแรงโน้มถ่วง mg และเนื่องจากน้ำหนักของคุณ (แรงที่คุณกระทำบนพื้นของ ลิฟต์) เกิดขึ้นพร้อมกันในค่าสัมบูรณ์กับ N คุณจะพบกับสิ่งที่เรียกว่าโอเวอร์โหลด หากลิฟต์เร่งความเร็วด้วยความเร่ง g คุณจะพบกับน้ำหนัก 140 kgf ซึ่งก็คือแรง g เท่ากับ 2g หรือ 2 เท่าของน้ำหนักขณะพัก ในความเป็นจริง ในการทำงานปกติ การโอเวอร์โหลดดังกล่าวจะไม่เกิดขึ้นในลิฟต์ โดยปกติแล้ว ความเร่งจะไม่เกิน 1 m/s2 ซึ่งทำให้มีโอเวอร์โหลดเพียง 1.1 กรัม น้ำหนักในกรณีของเราจะอยู่ที่ 77 กิโลกรัม เมื่อลิฟต์เร่งความเร็วถึงความเร็วที่ต้องการ ความเร่งจะเป็นศูนย์ และน้ำหนักจะกลับคืนสู่ค่าเริ่มต้น 70 กิโลกรัม ในทางกลับกัน เมื่อลดความเร็ว น้ำหนักจะลดลง และถ้าความเร่งในค่าสัมบูรณ์คือ 1 m/s2 น้ำหนักเกินจะเท่ากับ 0.9 กรัม เมื่อขับรถเข้ามา ด้านหลัง(ลง) สถานการณ์กลับกัน: เมื่อเร่งความเร็วน้ำหนักจะลดลงในส่วนที่สม่ำเสมอน้ำหนักจะกลับคืนมาเมื่อชะลอตัวน้ำหนักจะเพิ่มขึ้น

2. คุณกำลังวิ่งและน้ำหนักขณะพักยังคงอยู่ที่ 70 กก. ในขณะที่วิ่ง เมื่อคุณดันตัวออกจากพื้น น้ำหนักของคุณจะเกิน 70 กก. และในขณะที่คุณกำลังบิน (ขาข้างหนึ่งหลุดจากพื้น อีกข้างยังไม่ได้สัมผัส) น้ำหนักของคุณจะเป็นศูนย์ (เนื่องจากคุณไม่ได้ส่งผลต่อขาตั้งหรือไม้กันสั่น) นี่คือภาวะไร้น้ำหนัก จริงอยู่มันค่อนข้างสั้น ดังนั้นการวิ่งจึงเป็นการสลับระหว่างการโอเวอร์โหลดและการไร้น้ำหนัก

ฉันขอเตือนคุณว่าแรงโน้มถ่วงในตัวอย่างนี้ไม่ได้หายไป ไม่เปลี่ยนแปลง และเป็น 70 กิโลกรัม f = 700 นิวตันที่ “หามาได้ยาก” ของคุณ

ทีนี้มาขยายระยะภาวะไร้น้ำหนักออกไปอีก: ลองจินตนาการว่าคุณอยู่บน ISS (สถานีอวกาศนานาชาติ) ในเวลาเดียวกัน เรายังไม่ได้กำจัดแรงโน้มถ่วง - มันยังคงกระทำต่อคุณ - แต่เนื่องจากทั้งคุณและสถานีอยู่ในการเคลื่อนที่ในวงโคจรเดียวกัน คุณจึงไม่มีน้ำหนักเมื่อเทียบกับ ISS คุณสามารถจินตนาการว่าตัวเองอยู่ที่ไหนสักแห่งในอวกาศได้ เพียงแต่ ISS จะดูสมจริงกว่านี้เล็กน้อย)

ปฏิสัมพันธ์ของคุณกับวัตถุจะเป็นอย่างไร? มวลของคุณคือ 70 กก. คุณถือวัตถุที่มีน้ำหนัก 1 กก. ไว้ในมือแล้วโยนทิ้งไปจากคุณ ตามกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม วัตถุขนาด 1 กิโลกรัมจะได้รับความเร็วหลัก เนื่องจากมีมวลน้อยกว่า และการขว้างจะอยู่ที่ประมาณ "แสง" เช่นเดียวกับบนโลก แต่ถ้าคุณพยายามผลักวัตถุที่มีน้ำหนัก 1,000 กิโลกรัมออกไป คุณจะผลักตัวเองออกไปจากวัตถุนั้นจริงๆ เนื่องจากในกรณีนี้ คุณจะได้รับความเร็วหลักด้วยตัวเอง และเพื่อเร่งความเร็ว 70 กิโลกรัม คุณจะต้องพัฒนากำลังให้มากขึ้น หากต้องการจินตนาการคร่าวๆ ว่าเป็นอย่างไร คุณสามารถขึ้นไปบนกำแพงแล้วดันออกจากกำแพงด้วยมือได้

ตอนนี้คุณได้ออกจากสถานีที่ ลานและต้องการจัดการกับวัตถุขนาดใหญ่บางอย่าง ให้มวลมันเป็นห้าตัน

พูดตามตรง ฉันจะระมัดระวังอย่างมากในการจัดการกับวัตถุน้ำหนักห้าตัน ใช่ ความไร้น้ำหนัก และทั้งหมดนั้น แต่ความเร็วเพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับ ISS ก็เพียงพอที่จะกดนิ้วของคุณหรืออะไรที่ร้ายแรงกว่านี้ได้ ห้าตันนี้เคลื่อนย้ายได้ยาก: เพื่อเร่งความเร็วเพื่อหยุด

และฉันไม่ต้องการที่จะจินตนาการระหว่างวัตถุสองชิ้นที่มีน้ำหนัก 100 ตันตามที่มีคนแนะนำ การเคลื่อนไหวที่กำลังจะมาถึงเพียงเล็กน้อยจากพวกเขาและพวกเขาจะบดขยี้คุณอย่างง่ายดาย สมบูรณ์ มีลักษณะเฉพาะ ไร้น้ำหนัก)

และในที่สุดก็. หากคุณบินไปรอบๆ ISS อย่างมีความสุขแล้วชนกำแพง/กำแพง คุณจะเจ็บแบบเดียวกับที่คุณวิ่งด้วยความเร็วเท่ากันแล้วชนกำแพง/วงกบในอพาร์ตเมนต์ของคุณ เนื่องจากการกระแทกทำให้ความเร็วของคุณลดลง (นั่นคือ มันให้ความเร่งติดลบ) และมวลของคุณก็จะเท่ากันในทั้งสองกรณี ซึ่งหมายความว่าตามกฎข้อที่สองของนิวตัน อิทธิพลจะเป็นสัดส่วน

ฉันดีใจที่ในภาพยนตร์เกี่ยวกับอวกาศ ("Gravity", "Interstellar", ซีรีส์ทางโทรทัศน์ "The Expanse") สมจริงมากขึ้นเรื่อยๆ (แม้ว่าจะไม่ใช่ไม่มีข้อบกพร่องเหมือนที่ George Clooney บินหนีจาก Sandra Bullock อย่างสิ้นหวังก็ตาม) พวกเขาแสดงสิ่งพื้นฐานที่อธิบายไว้ ในโพสต์นี้

ให้ฉันสรุป. มวลนั้น "ไม่สามารถแบ่งแยก" จากวัตถุได้ หากวัตถุเร่งความเร็วบนโลกได้ยาก (โดยเฉพาะถ้าคุณพยายามลดแรงเสียดทาน) การเร่งความเร็วในอวกาศก็ยากพอๆ กัน สำหรับตาชั่ง เมื่อคุณยืนบนตาชั่ง เครื่องชั่งเพียงแต่วัดแรงที่ถูกบีบอัด และเพื่อความสะดวก จะแสดงแรงนี้ไม่ใช่นิวตัน แต่เป็นหน่วย กิโลกรัมเอฟ เพื่อความสะดวก โดยไม่ต้องเติมตัวอักษร "s" เพื่อไม่ให้คุณสับสน)

แนวคิดที่เราคุ้นเคยตั้งแต่วัยเด็กคือเรื่องมวลชน แต่ในหลักสูตรฟิสิกส์ ก็ยังมีปัญหาบางประการที่เกี่ยวข้องกับการเรียน จึงต้องกำหนดให้ชัดเจนว่าจะรับรู้ได้อย่างไร? แล้วทำไมน้ำหนักไม่เท่ากันล่ะ?

การกำหนดมวล

ความหมายทางวิทยาศาสตร์ตามธรรมชาติของค่านี้คือเป็นตัวกำหนดปริมาณของสารที่มีอยู่ในร่างกาย เพื่อแสดงถึงมันเป็นธรรมเนียมที่จะใช้ตัวอักษรละติน ม. หน่วยการวัดในระบบมาตรฐานคือกิโลกรัม ในงานและ ชีวิตประจำวันมักใช้สิ่งที่ไม่ใช่ระบบ: กรัมและตัน

ใน หลักสูตรของโรงเรียนนักฟิสิกส์ตอบคำถามว่า "มวลคืออะไร" ให้ไว้เมื่อศึกษาปรากฏการณ์ความเฉื่อย จากนั้นจึงถูกกำหนดให้เป็นความสามารถของร่างกายในการต้านทานการเปลี่ยนแปลงความเร็วของการเคลื่อนไหว ดังนั้นมวลจึงเรียกว่าเฉื่อย

น้ำหนักคืออะไร?

อย่างแรก นี่คือแรง นั่นคือเวกเตอร์ มวลคือน้ำหนักสเกลาร์ที่ติดอยู่กับส่วนรองรับหรือช่วงล่างเสมอ และมุ่งไปในทิศทางเดียวกับแรงโน้มถ่วง กล่าวคือ เคลื่อนลงในแนวตั้ง

สูตรการคำนวณน้ำหนักขึ้นอยู่กับว่าส่วนรองรับ (ช่วงล่าง) เคลื่อนที่หรือไม่ เมื่อระบบหยุดนิ่ง จะใช้นิพจน์ต่อไปนี้:

P = ม. * ก.โดยที่ P (ในภาษาอังกฤษใช้ตัวอักษร W) คือน้ำหนักของร่างกาย g คือความเร่งของการตกอย่างอิสระ สำหรับพื้นโลก โดยทั่วไปจะใช้ g เท่ากับ 9.8 m/s 2

จากนี้ จะได้สูตรมวลได้ดังนี้ ม. = พี / ก.

เมื่อเคลื่อนที่ลง กล่าวคือ ในทิศทางของน้ำหนัก ค่าของมันจะลดลง ดังนั้นสูตรจึงอยู่ในรูปแบบ:

P = ม. (ก - ก)โดยที่ “a” คือความเร่งของระบบ

นั่นคือหากความเร่งทั้งสองนี้เท่ากัน จะสังเกตสภาวะไร้น้ำหนักเมื่อน้ำหนักของร่างกายเป็นศูนย์

เมื่อร่างกายเริ่มขยับขึ้น เราพูดถึงน้ำหนักที่เพิ่มขึ้น ในสถานการณ์นี้ เกิดสภาวะการโอเวอร์โหลด เนื่องจากน้ำหนักตัวเพิ่มขึ้นและสูตรจะมีลักษณะดังนี้:

P = ม. (ก + ก)

มวลสัมพันธ์กับความหนาแน่นอย่างไร?

สารละลาย. 800 กก./ลบ.ม. หากต้องการใช้สูตรที่ทราบอยู่แล้ว คุณจำเป็นต้องทราบปริมาตรของจุดนั้น มันง่ายที่จะคำนวณหากคุณใช้จุดนั้นเป็นทรงกระบอก จากนั้นสูตรปริมาตรจะเป็น:

วี = π * ร 2 * ชม.

นอกจากนี้ r คือรัศมี และ h คือความสูงของทรงกระบอก จากนั้นปริมาตรจะเท่ากับ 668794.88 m 3 ตอนนี้คุณสามารถนับมวลได้แล้ว มันจะออกมาดังนี้: 535034904 กก.

คำตอบ: มวลน้ำมันประมาณ 535036 ตัน

ภารกิจที่ 5สภาพ: ความยาวสายโทรศัพท์ที่ยาวที่สุดคือ 15151 กม. มวลของทองแดงที่นำไปใช้ในการผลิตเป็นเท่าใดหากหน้าตัดของสายไฟคือ 7.3 ซม. 2?

สารละลาย. ความหนาแน่นของทองแดงคือ 8900 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ปริมาตรหาได้จากสูตรที่ประกอบด้วยผลคูณของพื้นที่ฐานและความสูง (นี่คือความยาวของสายเคเบิล) ของทรงกระบอก แต่ก่อนอื่นคุณต้องแปลงพื้นที่นี้เป็น ตารางเมตร. นั่นก็คือการแบ่ง หมายเลขที่กำหนดต่อ 10,000 หลังจากการคำนวณปรากฎว่าปริมาตรของสายเคเบิลทั้งหมดอยู่ที่ประมาณ 11,000 ม. 3

ตอนนี้คุณต้องคูณค่าความหนาแน่นและปริมาตรเพื่อดูว่ามวลเท่ากับเท่าใด ผลลัพธ์ที่ได้คือเลข 97900000กก.

คำตอบ: มวลของทองแดงคือ 97900 ตัน

อีกปัญหาหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับมวล

ภารกิจที่ 6สภาพ: เทียนที่ใหญ่ที่สุด หนัก 89867 กก. เส้นผ่านศูนย์กลาง 2.59 ม. ความสูงเท่าไหร่?

สารละลาย. ความหนาแน่นของขี้ผึ้งคือ 700 กก./ลบ.ม. จะต้องหาความสูงได้จาก นั่นคือ ต้องหาร V ด้วยผลคูณของ π และกำลังสองของรัศมี

และปริมาตรนั้นคำนวณโดยมวลและความหนาแน่น ปรากฎว่าเท่ากับ 128.38 ม. 3 ส่วนสูง 24.38 ม.

ตอบ ความสูงของเทียน 24.38 ม.

ลองพิจารณากรณีการเชื่อมต่อแยกกัน แหล่งภายนอก กระแสสลับไปยังตัวต้านทานที่มีความต้านทาน ร, ความจุของตัวเก็บประจุ คและตัวเหนี่ยวนำ ล. ในทั้งสามกรณี แรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และขดลวดจะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ AC

1. ตัวต้านทานในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

ความต้านทาน R ถูกเรียกว่าแอคทีฟเนื่องจากวงจรที่มีความต้านทานดังกล่าวจะดูดซับพลังงาน

ความต้านทานแบบแอคทีฟ - อุปกรณ์ที่มีพลังงาน กระแสไฟฟ้าเปลี่ยนเป็นพลังงานประเภทอื่นอย่างถาวร (ภายใน, เครื่องกล)

ให้แรงดันไฟฟ้าในวงจรเปลี่ยนแปลงไปตามกฎหมาย: u = อุมคอส ωt ,

จากนั้นความแรงในปัจจุบันจะเปลี่ยนไปตามกฎหมาย: i = u/R = I R cosωt

คุณ - ค่าแรงดันไฟฟ้าทันที

ผม – มูลค่าปัจจุบันทันที

ไอ อาร์- แอมพลิจูดของกระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทาน

ความสัมพันธ์ระหว่างแอมพลิจูดของกระแสและแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานจะแสดงโดยความสัมพันธ์ รี อาร์ = ยูอาร์

ความผันผวนของกระแสจะอยู่ในช่วงของความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า (เช่น การเปลี่ยนเฟสระหว่างกระแสและแรงดันคร่อมตัวต้านทานจะเป็นศูนย์)

2. ตัวเก็บประจุในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

เมื่อตัวเก็บประจุเชื่อมต่อกับวงจรแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง กระแสไฟฟ้าจะเป็นศูนย์ และเมื่อตัวเก็บประจุเชื่อมต่อกับวงจรแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ กระแสไฟฟ้าจะไม่เป็นศูนย์ ดังนั้นตัวเก็บประจุในวงจรแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจึงสร้างความต้านทานน้อยกว่าในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง

เข้าใจแล้วและแรงดันไฟฟ้า

กระแสไฟฟ้าอยู่ข้างหน้าแรงดันไฟฟ้าในเฟสเป็นมุม π/2

3. คอยล์ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

ในขดลวดที่เชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ความแรงของกระแสจะน้อยกว่าความแรงของกระแสในวงจรแรงดันคงที่สำหรับขดลวดเดียวกัน ดังนั้นขดลวดในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับจึงสร้างความต้านทานมากกว่าในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง

ความสัมพันธ์ระหว่างแอมพลิจูดปัจจุบัน ไอ แอลและแรงดันไฟฟ้า ยู แอล:

ω ลี แอล = ยู แอล

กระแสไฟฟ้าจะล่าช้าในเฟสจากแรงดันไฟฟ้าเป็นมุม π/2

ตอนนี้เราสามารถสร้างไดอะแกรมเวกเตอร์สำหรับวงจรอนุกรม RLC ซึ่งการสั่นแบบบังคับเกิดขึ้นที่ความถี่ ω เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านส่วนที่ต่ออนุกรมกันของวงจรมีค่าเท่ากัน จึงสะดวกในการสร้างแผนภาพเวกเตอร์ที่สัมพันธ์กับเวกเตอร์ที่แสดงถึงการแกว่งของกระแสในวงจร เราแสดงแอมพลิจูดปัจจุบันด้วย ฉัน 0 . เฟสปัจจุบันถือว่าเป็นศูนย์ สิ่งนี้ค่อนข้างยอมรับได้ เนื่องจากสิ่งเหล่านี้ไม่เป็นประโยชน์ต่อร่างกาย ค่าสัมบูรณ์เฟส แต่เฟสสัมพัทธ์กะ

แผนภาพเวกเตอร์ในรูปถูกสร้างขึ้นสำหรับกรณีที่ หรือ ในกรณีนี้ แรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดภายนอกอยู่ข้างหน้าในเฟสของกระแสที่ไหลในวงจรด้วยมุมที่แน่นอน φ

แผนภาพเวกเตอร์สำหรับวงจร RLC แบบอนุกรม

จากรูปก็ชัดเจนว่า

ตามมาที่ไหน

จากสำนวนสำหรับ ฉัน 0 เป็นที่ชัดเจนว่าแอมพลิจูดปัจจุบันใช้เวลา ค่าสูงสุดระบุว่า

ปรากฏการณ์ของการเพิ่มความกว้างของการแกว่งของกระแสเมื่อความถี่ ω ของแหล่งภายนอกเกิดขึ้นพร้อมกับความถี่ธรรมชาติ ω 0 ของวงจรไฟฟ้าเรียกว่า เสียงสะท้อนทางไฟฟ้า . ที่เสียงสะท้อน

การเปลี่ยนเฟส φ ระหว่างแรงดันไฟฟ้าที่ใช้และกระแสไฟฟ้าในวงจรจะกลายเป็นศูนย์เมื่อมีการสั่นพ้อง เสียงสะท้อนในวงจรอนุกรม RLC เรียกว่า เรโซแนนซ์แรงดันไฟฟ้า. ในทำนองเดียวกัน เมื่อใช้แผนภาพเวกเตอร์ คุณสามารถศึกษาปรากฏการณ์การสั่นพ้องเมื่อเชื่อมต่อองค์ประกอบต่างๆ แบบขนาน ร, ลและ ค(ที่เรียกว่า เสียงสะท้อนในปัจจุบัน).

ที่เรโซแนนซ์ตามลำดับ (ω = ω 0) แอมพลิจูด ยู ซีและ ยู แอลแรงดันไฟฟ้าบนตัวเก็บประจุและคอยล์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว:

รูปนี้แสดงให้เห็นถึงปรากฏการณ์การสั่นพ้องในวงจรไฟฟ้าแบบอนุกรม รูปภาพแสดงการพึ่งพาอัตราส่วนแอมพลิจูดแบบกราฟิก ยู ซีแรงดันไฟฟ้าบนตัวเก็บประจุถึงแอมพลิจูด 0 ของแรงดันไฟฟ้าต้นทางจากความถี่ω ส่วนโค้งในรูปเรียกว่า เส้นโค้งเรโซแนนซ์.

กลับไปข้างหน้า

ความสนใจ! การแสดงตัวอย่างสไลด์มีวัตถุประสงค์เพื่อให้ข้อมูลเท่านั้น และอาจไม่ได้แสดงถึงคุณลักษณะทั้งหมดของการนำเสนอ ถ้าคุณสนใจ งานนี้กรุณาดาวน์โหลดเวอร์ชันเต็ม

การนำเสนอนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อช่วยนักเรียนเกรด 9-10 ในการเตรียมหัวข้อ "น้ำหนักตัว"

วัตถุประสงค์การนำเสนอ:

1. ทำซ้ำและทำให้แนวคิดลึกซึ้งยิ่งขึ้น: "แรงโน้มถ่วง"; "น้ำหนักตัว"; "ความไร้น้ำหนัก"
2. เน้นย้ำให้นักเรียนเห็นว่าแรงโน้มถ่วงและน้ำหนักตัวเป็นอย่างไร กองกำลังที่แตกต่างกัน.
3. สอนให้นักเรียนกำหนดน้ำหนักของร่างกายที่เคลื่อนไหวในแนวตั้ง

ในชีวิตประจำวัน น้ำหนักตัวถูกกำหนดโดยการชั่งน้ำหนัก จากหลักสูตรฟิสิกส์ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 เรารู้ว่าแรงโน้มถ่วงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของร่างกาย ดังนั้นน้ำหนักของร่างกายจึงมักถูกระบุด้วยมวลหรือแรงโน้มถ่วง จากมุมมองทางฟิสิกส์ นี่เป็นข้อผิดพลาดร้ายแรง น้ำหนักตัวเป็นแรง แต่แรงโน้มถ่วงและน้ำหนักตัวเป็นแรงที่แตกต่างกัน

แรงโน้มถ่วง - กรณีพิเศษการแสดงความแข็งแกร่ง แรงโน้มถ่วงสากล. ดังนั้นจึงเหมาะสมที่จะระลึกถึงกฎแรงโน้มถ่วงสากล เช่นเดียวกับความจริงที่ว่าแรงดึงดูดแรงโน้มถ่วงปรากฏออกมาเมื่อวัตถุหรือวัตถุใดวัตถุหนึ่งมีมวลมหาศาล (สไลด์ 2)

เมื่อใช้กฎความโน้มถ่วงสากลกับสภาพพื้นโลก (สไลด์ 3) ดาวเคราะห์ถือได้ว่าเป็นลูกบอลเนื้อเดียวกันและมีวัตถุขนาดเล็กใกล้พื้นผิวเป็นมวลจุด รัศมีของโลกคือ 6400 กม. มวลของโลกคือ 6∙10 24 กก.

= ,
โดยที่ g คือความเร่งของการตกอย่างอิสระ

ใกล้พื้นผิวโลก g = 9.8 m/s 2 data 10 m/s 2

น้ำหนักตัวคือแรงที่ร่างกายนี้ทำหน้าที่รองรับในแนวนอนหรือยืดระบบกันสะเทือน

รูปที่ 1

ในรูป รูปที่ 1 แสดงร่างกายบนส่วนรองรับ แรงปฏิกิริยารองรับ N (การควบคุม F) ไม่ได้ใช้กับส่วนรองรับ แต่กับร่างกายที่อยู่บนนั้น โมดูลัสของแรงปฏิกิริยาพื้นดินเท่ากับโมดูลัสของน้ำหนักตามกฎข้อที่สามของนิวตัน น้ำหนักตัวเป็นกรณีพิเศษของการแสดงความยืดหยุ่น คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดน้ำหนักคือค่าของมันขึ้นอยู่กับความเร่งที่ส่วนรองรับหรือช่วงล่างเคลื่อนที่ น้ำหนัก เท่ากับกำลังแรงโน้มถ่วงสำหรับร่างกายที่อยู่นิ่งเท่านั้น (หรือวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่) หากร่างกายเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง น้ำหนักก็อาจมากกว่าหรือน้อยกว่าแรงโน้มถ่วง และแม้จะเท่ากับศูนย์ด้วยซ้ำ

การนำเสนอโดยใช้ตัวอย่างการแก้ปัญหา 1 จะตรวจสอบกรณีต่างๆ ในการกำหนดน้ำหนักของโหลดที่มีน้ำหนัก 500 กรัมที่แขวนลอยจากสปริงไดนาโมมิเตอร์ ขึ้นอยู่กับลักษณะของการเคลื่อนไหว:

a) ยกของหนักขึ้นด้วยความเร่ง 2 m/s 2 ;
b) โหลดลดลงด้วยความเร่ง 2 m/s 2 ;
c) ยกของหนักขึ้นเท่าๆ กัน
d) น้ำหนักลดลงอย่างอิสระ

งานในการคำนวณน้ำหนักตัวจะรวมอยู่ในส่วน "ไดนามิก" การแก้ปัญหาพลศาสตร์ขึ้นอยู่กับการใช้กฎของนิวตันพร้อมกับการฉายภาพบนแกนพิกัดที่เลือกในภายหลัง สิ่งนี้จะกำหนดลำดับของการกระทำ

1. มีการวาดภาพแสดงแรงที่กระทำต่อร่างกายและทิศทางความเร่ง หากไม่ทราบทิศทางของการเร่งความเร็ว ระบบจะเลือกโดยพลการ และการแก้ปัญหาจะให้คำตอบเกี่ยวกับความถูกต้องของตัวเลือก
2. เขียนกฎข้อที่สองของนิวตันในรูปแบบเวกเตอร์
3. เลือกแกน โดยทั่วไปแล้วจะสะดวกในการกำหนดทิศทางของแกนใดแกนหนึ่งไปตามทิศทางความเร่งของร่างกายและแกนที่สองตั้งฉากกับความเร่ง การเลือกแกนจะถูกกำหนดโดยการพิจารณาถึงความสะดวก: ดังนั้นการแสดงออกของการประมาณการกฎของนิวตันจะมีรูปแบบที่ง่ายที่สุด
4. สมการเวกเตอร์ที่ได้จากการฉายภาพบนแกนจะเสริมด้วยความสัมพันธ์ที่เกิดจากข้อความของเงื่อนไขของปัญหา ตัวอย่างเช่น สมการความสัมพันธ์จลนศาสตร์ คำจำกัดความของปริมาณทางกายภาพ กฎข้อที่สามของนิวตัน
5. พวกเขาพยายามตอบคำถามของปัญหาโดยใช้ระบบสมการผลลัพธ์

การตั้งค่าภาพเคลื่อนไหวในงานนำเสนอช่วยให้คุณสามารถเน้นลำดับของการกระทำเมื่อแก้ไขปัญหาได้ นี่เป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากทักษะที่ได้รับจากการแก้ปัญหาในการคำนวณน้ำหนักตัวจะเป็นประโยชน์สำหรับนักเรียนเมื่อศึกษาหัวข้อและส่วนอื่น ๆ ของฟิสิกส์

วิธีแก้ปัญหา 1.

1ก.ร่างกายเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง 2 m/s 2 ขึ้นไป (สไลด์ 7)

รูปที่ 2

1ข.ร่างกายเคลื่อนที่ด้วยความเร่งลง (สไลด์ 8) เรากำหนดแกน OY ลง จากนั้นเส้นโครงของแรงโน้มถ่วงและความยืดหยุ่นในสมการ (2) จะเปลี่ยนสัญญาณ และดูเหมือนว่า:

(2) การควบคุม mg – F = ma

ดังนั้น P = m(g-a) = 0.5 kg∙(10 m/s 2 - 2 m/s 2) = 4 N

ศตวรรษที่ 1ที่ การเคลื่อนไหวสม่ำเสมอ(สไลด์ 9) สมการ (2) มีรูปแบบ:

(2) การควบคุม mg – F = 0 เนื่องจากไม่มีการเร่งความเร็ว

ดังนั้น P = mg = 5 N

1 ปีในการตกอย่างอิสระ = (สไลด์ 10) ลองใช้ผลลัพธ์ของการแก้ปัญหา 1b:

P = ม.(ก – ก) = 0.5 กก. (10 ม./วินาที 2 – 10 ม./วินาที 2) = 0 H

สภาวะที่น้ำหนักตัวเป็นศูนย์เรียกว่าสภาวะไร้น้ำหนัก

ร่างกายจะได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงเท่านั้น

เมื่อพูดถึงเรื่องไร้น้ำหนัก ควรสังเกตว่านักบินอวกาศประสบภาวะไร้น้ำหนักเป็นเวลานานระหว่างการบินโดยที่เครื่องยนต์ยานอวกาศดับอยู่

และหากต้องการสัมผัสกับสภาวะไร้น้ำหนักในระยะสั้น คุณเพียงแค่ต้องกระโดด คนที่วิ่งในขณะที่เท้าไม่ได้สัมผัสพื้นก็อยู่ในสภาพไร้น้ำหนักเช่นกัน

สามารถใช้การนำเสนอในชั้นเรียนเพื่ออธิบายหัวข้อ “น้ำหนักตัว” ได้ นักเรียนอาจไม่ได้เสนอสไลด์ทั้งหมดพร้อมวิธีแก้ไขปัญหา 1 ขึ้นอยู่กับระดับการเตรียมตัวในชั้นเรียน ตัวอย่างเช่น ในชั้นเรียนที่มีแรงจูงใจในการศึกษาฟิสิกส์เพิ่มขึ้น ก็เพียงพอที่จะอธิบายวิธีคำนวณน้ำหนักของร่างกายที่เคลื่อนไหว ด้วยความเร่งที่สูงขึ้น (งาน 1a) และปัญหาที่เหลือ (b , c, d) ให้ไว้ การตัดสินใจที่เป็นอิสระตามด้วยการตรวจสอบ นักเรียนควรพยายามหาข้อสรุปที่ได้จากการแก้ปัญหาข้อ 1 ด้วยตนเอง

ข้อสรุป (สไลด์ 11)

1. น้ำหนักตัวและแรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่แตกต่างกัน พวกเขามีลักษณะที่แตกต่างกัน แรงเหล่านี้นำไปใช้กับวัตถุต่าง ๆ : แรงโน้มถ่วง - ต่อร่างกาย; น้ำหนักตัว - ถึงส่วนรองรับ (ช่วงล่าง)
2. น้ำหนักของร่างกายจะเกิดขึ้นพร้อมกับแรงโน้มถ่วงก็ต่อเมื่อร่างกายอยู่กับที่หรือเคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอและเป็นเส้นตรงเท่านั้น และแรงอื่นๆ ยกเว้นแรงโน้มถ่วงและปฏิกิริยาของส่วนรองรับ (แรงดึงของระบบกันสะเทือน) จะไม่กระทำการใดๆ
3. น้ำหนักของร่างกายจะมากกว่าแรงโน้มถ่วง (P > mg) หากความเร่งของร่างกายมีทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางของแรงโน้มถ่วง
4. น้ำหนักตัวน้อยกว่าแรงโน้มถ่วง (ป< mg), если ускорение тела совпадает по направлению с силой тяжести.
5. สภาวะที่น้ำหนักตัวเป็นศูนย์เรียกว่าสภาวะไร้น้ำหนัก ร่างกายจะอยู่ในสภาพไร้น้ำหนักเมื่อมันเคลื่อนที่ด้วยความเร่งของแรงโน้มถ่วง นั่นคือเมื่อแรงโน้มถ่วงเท่านั้นที่กระทำต่อมัน

สามารถเสนองานที่ 2 และ 3 (สไลด์ 12) ให้กับนักเรียนเป็นการบ้านได้

สามารถใช้การนำเสนอน้ำหนักตัวได้ การเรียนรู้ทางไกล. ในกรณีนี้ ขอแนะนำ:

1. เมื่อดูงานนำเสนอให้จดวิธีแก้ไขปัญหา 1 ลงในสมุดบันทึกของคุณ
2. แก้ไขปัญหา 2, 3 อย่างอิสระโดยใช้ลำดับการกระทำที่เสนอในการนำเสนอ

การนำเสนอในหัวข้อ "น้ำหนักตัว" ช่วยให้คุณสามารถแสดงทฤษฎีการแก้ปัญหาเกี่ยวกับพลวัตในการตีความที่น่าสนใจและเข้าถึงได้ การนำเสนอจะกระตุ้นกิจกรรมการรับรู้ของนักเรียนและช่วยให้พวกเขาได้รูปแบบ แนวทางที่ถูกต้องเพื่อแก้ไขปัญหาทางกายภาพ

วรรณกรรม:

1. กรินเชนโก้ บี.ไอ. ฟิสิกส์ 10-11 ทฤษฎีการแก้ปัญหา สำหรับนักเรียนมัธยมปลายและผู้ที่เข้ามหาวิทยาลัย – Velikiye Luki: โรงพิมพ์เมือง Velikiye Luki, 2005
2. เกนเดนชไตน์ แอล.อี. ฟิสิกส์. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10 เวลา 2 นาฬิกา Ch 1./L.E. เกนเดนชไตน์, Yu.I. กระเจี๊ยว. – อ.: Mnemosyne, 2009.
3. เกนเดนชไตน์ แอล.อี. ฟิสิกส์. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10 เวลา 14.00 น. ตอนที่ 2 เล่มปัญหา/L.E. เกนเดนชไตน์, แอล.เอ. คิริก, ไอ.เอ็ม. เกลกัฟกัต, ไอ.ยู. Nenashev - M.: Mnemosyne, 2009.

แหล่งข้อมูลทางอินเทอร์เน็ต:

1. image.yandex.ru
2. videocat.chat.ru

ความผิดพลาดและการสลิปแบบไม่สุ่มของนักเรียนค่อนข้างมากเกี่ยวข้องกับความแข็งแกร่งของน้ำหนัก วลี “พลังแห่งน้ำหนัก” นั้นไม่ค่อยคุ้นเคยนักเพราะว่า เรา (ครู ผู้แต่งตำราเรียน และหนังสือปัญหา คู่มือระเบียบวิธีและหนังสืออ้างอิง) จะคุ้นเคยกับการพูดและการเขียน "น้ำหนักตัว" มากกว่า ดังนั้น วลีนี้จึงพาเราออกจากแนวคิดที่ว่าน้ำหนักคือพลัง และนำไปสู่ความจริงที่ว่าน้ำหนักตัวนั้นสับสนกับน้ำหนักตัว (ในร้านค้าเรามักจะได้ยินคนขอให้ชั่งน้ำหนักสินค้าหลายกิโลกรัม) ข้อผิดพลาดทั่วไปประการที่สองที่นักเรียนทำคือสับสนระหว่างน้ำหนักกับแรงโน้มถ่วง ลองทำความเข้าใจถึงพลังของน้ำหนักในระดับหนังสือเรียนของโรงเรียนกันดีกว่า

ขั้นแรกเรามาดูวรรณกรรมอ้างอิงและพยายามทำความเข้าใจมุมมองของผู้เขียนเกี่ยวกับปัญหานี้ Yavorsky B.M., Detlaf A.A. (1) ในหนังสืออ้างอิงสำหรับวิศวกรและนักศึกษา น้ำหนักของร่างกายคือแรงที่ร่างกายนี้กระทำเนื่องจากแรงโน้มถ่วงที่มีต่อโลกบนที่รองรับ (หรือช่วงล่าง) ที่ยึดร่างกายจากการตกอย่างอิสระ หากร่างกายและส่วนรองรับไม่มีการเคลื่อนไหวสัมพันธ์กับโลก น้ำหนักของร่างกายจะเท่ากับแรงโน้มถ่วงของมัน มาตั้งหลายอันกันเถอะ คำถามไร้เดียงสาถึงคำจำกัดความ:

1. เรากำลังพูดถึงระบบการรายงานอะไร?

2. มีการรองรับหนึ่งรายการ (หรือการระงับ) หรือหลายรายการ (การรองรับและการระงับ)?

3. ถ้าวัตถุไม่ได้โน้มเข้าหาโลก แต่โน้มไปทางดวงอาทิตย์ มันจะมีน้ำหนักหรือไม่?

4.หากร่างกายเข้า ยานอวกาศเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง “เกือบ” จะไม่โน้มตัวเข้าหาสิ่งใดๆ ในอวกาศที่สังเกตได้ มันจะมีน้ำหนักหรือไม่?

5. ส่วนรองรับนั้นสัมพันธ์กับขอบฟ้าอย่างไร ระบบกันสะเทือนอยู่ในแนวตั้งในกรณีที่น้ำหนักตัวและแรงโน้มถ่วงเท่ากันหรือไม่?

6. หากวัตถุเคลื่อนที่สม่ำเสมอและเป็นเส้นตรงพร้อมกับการรองรับที่สัมพันธ์กับโลก น้ำหนักของร่างกายจะเท่ากับแรงโน้มถ่วงของมันหรือไม่?

ในคู่มืออ้างอิงฟิสิกส์สำหรับผู้ที่เข้ามหาวิทยาลัยและการศึกษาด้วยตนเองโดย B.M. Yavorsky และ Selezneva Yu.A. (2) อธิบายคำถามไร้เดียงสาข้อสุดท้าย โดยปล่อยคำถามแรกไว้โดยไม่มีใครสนใจ

Koshkin N.I. และ Shirkevich M.G. (3) เสนอให้พิจารณาน้ำหนักตัวเป็นเวกเตอร์ ปริมาณทางกายภาพซึ่งหาได้จากสูตร:

ตัวอย่างด้านล่างจะแสดงให้เห็นว่าสูตรนี้ใช้ได้ในกรณีที่ไม่มีแรงอื่นมากระทำต่อร่างกาย

คูห์ลิง เอช. (4) ไม่ได้แนะนำแนวคิดเรื่องน้ำหนักแต่อย่างใด โดยระบุในทางปฏิบัติด้วยแรงโน้มถ่วง ในภาพวาด แรงน้ำหนักจะนำไปใช้กับร่างกาย ไม่ใช่ส่วนรองรับ

ใน “ครูสอนฟิสิกส์” ยอดนิยมโดย I.L. Kasatkina (5) น้ำหนักของร่างกายถูกกำหนดให้เป็นแรงที่ร่างกายกระทำต่อสิ่งรองรับหรือสิ่งแขวนลอยเนื่องจากแรงดึงดูดของโลก ในคำอธิบายและตัวอย่างต่อไปนี้ที่ผู้เขียนให้ไว้ คำตอบจะให้เฉพาะคำถามไร้เดียงสาข้อที่ 3 และ 6 เท่านั้น

หนังสือเรียนฟิสิกส์ส่วนใหญ่ให้คำจำกัดความของน้ำหนักที่คล้ายกับคำจำกัดความของผู้แต่ง (1), (2), (5) ไม่มากก็น้อย เมื่อเรียนฟิสิกส์ในชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 และ 9 สิ่งนี้อาจสมเหตุสมผล ในชั้นเรียนเฉพาะทางครั้งที่ 10 ที่มีคำจำกัดความเช่นนี้ เมื่อแก้ไขปัญหาทั้งชั้นเรียน เราไม่สามารถหลีกเลี่ยงคำถามไร้เดียงสาประเภทต่างๆ ได้ (โดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องพยายามหลีกเลี่ยงคำถามใด ๆ เลย)

ผู้เขียน Kamenetsky S.E. , Orekhov V.P. ใน (6) การแยกความแตกต่างและอธิบายแนวคิดเรื่องแรงโน้มถ่วงและน้ำหนักตัว พวกเขาเขียนว่าน้ำหนักตัวเป็นแรงที่กระทำต่อสิ่งรองรับหรือช่วงล่าง นั่นคือทั้งหมดที่ ไม่จำเป็นต้องอ่านระหว่างบรรทัด จริงอยู่ผมยังอยากถามว่ามีซัพพอร์ตและช่วงล่างได้กี่ตัวแล้วร่างกายสามารถมีทั้งซัพพอร์ตและช่วงล่างในคราวเดียวได้หรือไม่?

และสุดท้ายเรามาดูคำจำกัดความของน้ำหนักตัวที่กำหนดโดย V.A. Kasyanov (7) ในหนังสือเรียนวิชาฟิสิกส์ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10: “น้ำหนักของร่างกายคือแรงยืดหยุ่นทั้งหมดของร่างกาย ซึ่งทำหน้าที่เมื่อมีแรงโน้มถ่วงในทุกจุดเชื่อมต่อ (ส่วนรองรับ สิ่งแขวนลอย)” หากเราจำได้ว่าแรงโน้มถ่วงมีค่าเท่ากับผลลัพธ์ของแรงสองแรง คือ แรงดึงดูดของโลกและแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ โดยมีเงื่อนไขว่าดาวเคราะห์ดวงนี้จะหมุนรอบแกนของมัน หรือแรงเฉื่อยอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับ การเคลื่อนไหวแบบเร่งดาวเคราะห์ดวงนี้แล้วใคร ๆ ก็เห็นด้วยกับคำจำกัดความนี้ เนื่องจากไม่มีใครหยุดเราจากการจินตนาการถึงสถานการณ์ที่องค์ประกอบหนึ่งของแรงโน้มถ่วงจะไม่สำคัญ เช่น กรณีของยานอวกาศในห้วงอวกาศ และถึงแม้จะสงวนกฎเหล่านี้ไว้ แต่ก็เป็นการดึงดูดที่จะลบการมีอยู่ของแรงโน้มถ่วงที่บังคับออกจากคำจำกัดความ เนื่องจากสถานการณ์เป็นไปได้เมื่อมีแรงเฉื่อยอื่น ๆ ที่ไม่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์หรือแรงคูลอมบ์ของการมีปฏิสัมพันธ์กับวัตถุอื่น ๆ เป็นต้น หรือเห็นด้วยกับการนำแรงโน้มถ่วง "เทียบเท่า" มาใช้ในระบบการรายงานแบบไม่เฉื่อย และให้คำจำกัดความของแรงน้ำหนักสำหรับกรณีที่ร่างกายไม่มีอันตรกิริยากับวัตถุอื่น ยกเว้นวัตถุที่สร้างแรงดึงดูดโน้มถ่วง รองรับและช่วงล่าง

แต่มาตัดสินใจว่าเมื่อใดที่น้ำหนักของร่างกายเท่ากับแรงโน้มถ่วงในระบบการรายงานเฉื่อย

สมมติว่าเรามีการสนับสนุนหนึ่งรายการหรือระบบกันสะเทือนหนึ่งรายการ เพียงพอหรือไม่ที่ส่วนรองรับหรือช่วงล่างนั้นไม่มีการเคลื่อนที่เมื่อเทียบกับโลก (เราถือว่าโลก ระบบเฉื่อยรายงาน) หรือเคลื่อนที่สม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง? ลองใช้ส่วนรองรับคงที่ซึ่งทำมุมกับแนวนอน หากส่วนรองรับเรียบร่างกายก็เลื่อนไปตาม เครื่องบินเอียง, เช่น. ไม่พักบนพยุงและไม่ตกอย่างอิสระ และถ้าส่วนรองรับนั้นหยาบพอที่จะให้ร่างกายอยู่นิ่ง ระนาบเอียงก็ไม่มีส่วนรองรับ หรือน้ำหนักของร่างกายไม่เท่ากับแรงโน้มถ่วง (แน่นอน คุณสามารถไปไกลกว่านี้และตั้งคำถามได้ว่า น้ำหนักของร่างกายมีขนาดไม่เท่ากันและไม่ตรงข้ามกับแรงปฏิกิริยาพื้นดินในทิศทางนั้นก็จะไม่มีอะไรจะพูดถึงอีกต่อไป) หากเราถือว่าระนาบเอียงเป็นตัวรองรับ และประโยคในวงเล็บเป็นการประชด ดังนั้น เมื่อแก้สมการของกฎข้อที่สองของนิวตัน ซึ่งในกรณีนี้จะเป็นเงื่อนไขสำหรับความสมดุลของวัตถุบนระนาบเอียงด้วย เมื่อเขียนเส้นโครงลงบนแกน Y เราจะได้นิพจน์สำหรับน้ำหนักอื่นที่ไม่ใช่แรงโน้มถ่วง:

ดังนั้นในกรณีนี้ ยังไม่เพียงพอที่จะกล่าวว่าน้ำหนักของร่างกายเท่ากับแรงโน้มถ่วงเมื่อร่างกายและส่วนรองรับไม่มีการเคลื่อนไหวสัมพันธ์กับโลก

ให้เรายกตัวอย่างด้วยระบบกันสะเทือนและวัตถุที่ไม่มีการเคลื่อนไหวสัมพันธ์กับโลก ลูกบอลโลหะที่มีประจุบวกบนด้ายจะถูกวางให้เป็นเนื้อเดียวกัน สนามไฟฟ้าเพื่อให้ด้ายทำมุมกับแนวตั้ง ให้เราหาน้ำหนักของลูกบอลจากเงื่อนไขที่ว่าผลรวมเวกเตอร์ของแรงทั้งหมดเท่ากับศูนย์สำหรับวัตถุที่อยู่นิ่ง

ดังที่เราเห็นในกรณีข้างต้น น้ำหนักของร่างกายไม่เท่ากับแรงโน้มถ่วงเมื่อตรงตามเงื่อนไขของการไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ของการรองรับ ระบบกันสะเทือน และร่างกายที่สัมพันธ์กับโลก ลักษณะเฉพาะของกรณีข้างต้นคือการมีอยู่ของแรงเสียดทานและแรงคูลอมบ์ ตามลำดับ ซึ่งการมีอยู่จริงนำไปสู่ความจริงที่ว่าร่างกายถูกกันไม่ให้เคลื่อนที่ สำหรับระบบกันสะเทือนในแนวตั้งและการรองรับในแนวนอน ไม่จำเป็นต้องใช้แรงเพิ่มเติมเพื่อป้องกันไม่ให้ร่างกายเคลื่อนที่ ดังนั้น สำหรับสภาพที่ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ของส่วนรองรับ ระบบกันสะเทือน และตัวถังที่สัมพันธ์กับพื้นโลก เราสามารถเสริมได้ว่าส่วนรองรับนั้นเป็นแนวนอน และระบบกันสะเทือนนั้นเป็นแนวตั้ง

แต่การเพิ่มนี้จะแก้ปัญหาของเราได้หรือไม่ แท้จริงแล้ว ในระบบที่มีระบบกันสะเทือนในแนวตั้งและการรองรับในแนวนอน แรงสามารถทำหน้าที่ลดหรือเพิ่มน้ำหนักของร่างกายได้ สิ่งเหล่านี้อาจเป็นแรงอาร์คิมีดีส เป็นต้น หรือแรงคูลอมบ์ที่พุ่งในแนวตั้ง เราจะสรุปเกี่ยวกับแนวรับหรือระบบกันสะเทือนแบบหนึ่ง: น้ำหนักของร่างกายจะเท่ากับแรงโน้มถ่วงเมื่อร่างกายและระบบรองรับ (หรือระบบกันสะเทือน) อยู่นิ่ง (หรือเคลื่อนที่สม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง) สัมพันธ์กับโลก และมีเพียงปฏิกิริยาเท่านั้น แรงรองรับ (หรือแรงยืดหยุ่นของช่วงล่าง) และแรงที่กระทำต่อแรงโน้มถ่วงของร่างกาย ในทางกลับกัน การไม่มีแรงอื่นๆ จะถือว่าส่วนรองรับอยู่ในแนวนอนและระบบกันสะเทือนอยู่ในแนวตั้ง

ขอให้เราพิจารณากรณีที่วัตถุที่มีส่วนรองรับและ/หรือสารแขวนลอยหลายอย่างอยู่นิ่ง (หรือเคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอและเป็นเส้นตรงโดยสัมพันธ์กับพื้นโลก) และไม่มีแรงอื่นใดมากระทำกับวัตถุนั้น ยกเว้นแรงปฏิกิริยาของส่วนรองรับ แรงยืดหยุ่นของ สารแขวนลอยและแรงดึงดูดของโลก การใช้คำจำกัดความของแรงน้ำหนักโดย Kasyanov V.A. (7) เราจะหาแรงยืดหยุ่นรวมของการเชื่อมต่อของร่างกายในกรณีแรกและกรณีที่สองที่แสดงในภาพ ผลรวมเรขาคณิตของแรงยืดหยุ่นของพันธะ เอฟในโมดูลัสเท่ากับน้ำหนักของร่างกายตามสภาวะสมดุลจะเท่ากับแรงโน้มถ่วงและตรงข้ามกับทิศทางนั้นและมุมเอียงของระนาบถึงขอบฟ้าและมุมเบี่ยงเบนของ การระงับจากแนวตั้งไม่ส่งผลกระทบต่อผลลัพธ์สุดท้าย

ลองพิจารณาตัวอย่าง (รูปด้านล่าง) เมื่อวัตถุในระบบหยุดนิ่งสัมพันธ์กับโลก ร่างกายจะมีส่วนรองรับและช่วงล่าง และไม่มีแรงอื่นใดมากระทำในระบบ ยกเว้นแรงของการเชื่อมต่อแบบยืดหยุ่น ผลลัพธ์จะคล้ายกับข้างต้น น้ำหนักของร่างกายเท่ากับแรงโน้มถ่วง

ดังนั้น หากวัตถุอยู่บนสิ่งรองรับและ (หรือ) สิ่งแขวนลอยหลายจุด และอยู่นิ่งกับสิ่งเหล่านั้น (หรือเคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง) สัมพันธ์กับโลก โดยที่ไม่มีแรงอื่นใดนอกจากแรงโน้มถ่วงและพลังความยืดหยุ่นของจุดเชื่อมต่อของมัน น้ำหนักเท่ากับแรงโน้มถ่วง ในกรณีนี้ตำแหน่งของส่วนรองรับและไม้แขวนเสื้อในอวกาศและจำนวนจะไม่ส่งผลกระทบต่อผลลัพธ์สุดท้าย

ลองพิจารณาตัวอย่างการค้นหาน้ำหนักตัวในระบบการรายงานที่ไม่เฉื่อย

ตัวอย่างที่ 1จงหาน้ำหนักของวัตถุที่มีมวล m ที่กำลังเคลื่อนที่อยู่ในยานอวกาศด้วยความเร่ง กในพื้นที่ "ว่างเปล่า" (ห่างไกลจากวัตถุขนาดใหญ่อื่น ๆ ที่ไม่สามารถละเลยแรงโน้มถ่วงของพวกมันได้)

ในกรณีนี้ แรงสองแรงกระทำต่อร่างกาย: แรงเฉื่อยและแรงปฏิกิริยารองรับ หากความเร่งในขนาดเท่ากับความเร่งของแรงโน้มถ่วงบนโลก น้ำหนักของร่างกายจะเท่ากับแรงโน้มถ่วงบนโลก และนักบินอวกาศจะรับรู้ธนูของเรือเป็นเพดานและหาง เป็นพื้น

แรงโน้มถ่วงเทียมที่สร้างขึ้นในลักษณะนี้สำหรับนักบินอวกาศภายในเรือจะไม่แตกต่างจากแรงโน้มถ่วงของโลก "ของจริง"

ใน ในตัวอย่างนี้เราละเลยองค์ประกอบแรงโน้มถ่วงของแรงโน้มถ่วงเนื่องจากมีขนาดเล็ก จากนั้นแรงเฉื่อยบนยานอวกาศจะเท่ากับแรงโน้มถ่วง ด้วยเหตุนี้ เราจึงตกลงกันว่าสาเหตุของน้ำหนักตัวในกรณีนี้คือแรงโน้มถ่วง

กลับสู่โลกกันเถอะ

ตัวอย่างที่ 2

สัมพันธ์กับพื้นด้วยความเร่ง กรถเข็นกำลังเคลื่อนที่โดยที่ตัวถังติดอยู่กับด้ายมวล m ซึ่งเบี่ยงเบนไปจากแนวตั้ง หาน้ำหนักตัวละเลยแรงต้านของอากาศ

ปัญหาเกิดขึ้นกับระบบกันสะเทือนเดียว ดังนั้น น้ำหนักจึงมีขนาดเท่ากับแรงยืดหยุ่นของด้าย

ดังนั้น คุณสามารถใช้สูตรใดก็ได้ในการคำนวณแรงยืดหยุ่น และน้ำหนักของร่างกาย (หากแรงต้านอากาศมีขนาดใหญ่เพียงพอ ก็จะต้องนำมาพิจารณาเป็นคำศัพท์ของแรงเฉื่อย)

เรามาทำงานกับสูตรกันดีกว่า

ดังนั้น ด้วยการแนะนำแรงโน้มถ่วง "เท่ากัน" เราสามารถระบุได้ว่าในกรณีนี้ น้ำหนักของร่างกายเท่ากับแรงโน้มถ่วง "เท่ากัน" และสุดท้าย เราก็สามารถให้สูตรการคำนวณได้สามสูตร:

ตัวอย่างที่ 3

จงหาน้ำหนักของนักแข่งรถที่มีมวล m ในรถที่กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง กรถ.

เมื่อเร่งความเร็วสูง แรงปฏิกิริยาของส่วนรองรับพนักพิงเบาะหลังจะมีนัยสำคัญ และเราจะนำมาพิจารณาในตัวอย่างนี้ แรงยืดหยุ่นรวมของจุดเชื่อมต่อจะเท่ากับผลรวมทางเรขาคณิตของแรงปฏิกิริยารองรับทั้งสอง ซึ่งจะมีขนาดเท่ากันและตรงข้ามกับผลรวมเวกเตอร์ของแรงเฉื่อยและแรงโน้มถ่วง สำหรับปัญหานี้ เราจะพบโมดูลของแรงน้ำหนักโดยใช้สูตร:

ความเร่งโน้มถ่วงมีประสิทธิผลพบเหมือนในปัญหาที่แล้ว

ตัวอย่างที่ 4

ลูกบอลบนเส้นมวล m ถูกตรึงบนแท่นที่หมุนด้วยความเร็วเชิงมุมคงที่ ω ที่ระยะห่าง r จากศูนย์กลาง หาน้ำหนักของลูกบอล.

การค้นหาน้ำหนักตัวในระบบการรายงานแบบไม่เฉื่อยในตัวอย่างที่ให้มาแสดงให้เห็นว่าสูตรน้ำหนักตัวที่ผู้เขียนเสนอใน (3) ทำงานได้ดีเพียงใด เรามาทำให้สถานการณ์ซับซ้อนขึ้นเล็กน้อยในตัวอย่างที่ 4 สมมติว่าลูกบอลมีประจุไฟฟ้าและแท่นพร้อมกับเนื้อหาอยู่ในสนามไฟฟ้าแนวตั้งสม่ำเสมอ ลูกบอลมีน้ำหนักเท่าไหร่? น้ำหนักของร่างกายจะลดลงหรือเพิ่มขึ้น ขึ้นอยู่กับทิศทางของแรงคูลอมบ์:

มันเกิดขึ้นที่คำถามเรื่องน้ำหนักโดยธรรมชาติแล้วมาอยู่ที่คำถามเรื่องแรงโน้มถ่วง ถ้าเรานิยามแรงโน้มถ่วงอันเป็นผลจากแรงดึงดูดแรงโน้มถ่วงต่อดาวเคราะห์ (หรือวัตถุขนาดใหญ่อื่น ๆ) และความเฉื่อย โดยคำนึงถึงหลักการของความเท่าเทียม โดยทิ้งต้นกำเนิดของแรงเฉื่อยไว้ในหมอก แล้วองค์ประกอบของแรงโน้มถ่วงทั้งสองหรืออย่างใดอย่างหนึ่งอย่างน้อยก็จะทำให้เกิดน้ำหนักตัว หากในระบบพร้อมกับแรงดึงดูดแรงโน้มถ่วง แรงเฉื่อยและแรงเชื่อมต่อแบบยืดหยุ่น มีปฏิกิริยาอื่น ๆ พวกมันก็จะสามารถเพิ่มหรือลดน้ำหนักของร่างกายได้ นำไปสู่สภาวะที่น้ำหนักของ ร่างกายจะเท่ากับศูนย์ และการโต้ตอบอื่นๆ เหล่านี้อาจทำให้น้ำหนักเพิ่มขึ้นได้ในบางกรณี มาชาร์จลูกบอลบนด้ายที่ไม่นำไฟฟ้าบางๆ ในยานอวกาศที่เคลื่อนที่สม่ำเสมอและเป็นเส้นตรงในพื้นที่ "ว่างเปล่า" อันห่างไกล (เราจะละเลยแรงโน้มถ่วงเนื่องจากมีขนาดเล็ก) ให้เราวางลูกบอลไว้ในสนามไฟฟ้า ด้ายจะยืดออก น้ำหนักจะปรากฏขึ้น

เมื่อสรุปสิ่งที่กล่าวมา เราสรุปได้ว่าน้ำหนักของร่างกายเท่ากับแรงโน้มถ่วง (หรือแรงโน้มถ่วงที่เทียบเท่า) ในระบบใดๆ ที่ไม่มีแรงอื่นมากระทำต่อร่างกาย ยกเว้นแรงโน้มถ่วง ความเฉื่อย และความยืดหยุ่นของ การเชื่อมต่อ แรงโน้มถ่วงหรือแรงโน้มถ่วง "เทียบเท่า" มักเป็นสาเหตุของแรงน้ำหนัก น้ำหนักและแรงโน้มถ่วงมี ธรรมชาติที่แตกต่างกันและนำไปใช้กับร่างกายต่างๆ

บรรณานุกรม.

1. Yavorsky B.M., Detlaf A.A. คู่มือฟิสิกส์สำหรับวิศวกรและนักศึกษามหาวิทยาลัย M. , Nauka, 1974, 944 p.

2. Yavorsky B.M., Selezneva Yu.A. คู่มืออ้างอิงฟิสิกส์สำหรับ

การเข้ามหาวิทยาลัยและการศึกษาด้วยตนเอง, M., Nauka, 1984, 383 p.

3. Koshkin N.I. , Shirkevich M.G. คู่มือฟิสิกส์เบื้องต้น, M., Nauka, 1980, 208 p.

4. Kuhling H. คู่มือฟิสิกส์, M., Mir, 1983, 520 p.

5. Kasatkina I.L. ครูสอนฟิสิกส์ ทฤษฎี. กลศาสตร์. ฟิสิกส์โมเลกุล. อุณหพลศาสตร์ แม่เหล็กไฟฟ้า Rostov-on-Don, ฟีนิกซ์, 2546, 608 หน้า

6. Kamenetsky S.E. , Orekhov V.P. วิธีการแก้ปัญหาทางฟิสิกส์ใน มัธยม., M., การศึกษา, 2530, 336 หน้า

7. Kasyanov V.A. ฟิสิกส์. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10, M., Bustard, 2002, 416 p.