ОК «Вес тела. Природа веса»

Содержание:

Существует различие между силой тяжести <math><mi>m</mi><mover><mi>g</mi><mo>→</mo></mover></math> и весом тела. Понятие веса широко используется в повседневной жизни.

Определение 1

Вес тела – это сила, с которой притягивается тело Землей и действует на опору или подвес, причем неподвижно и относительно опоры или подвеса.

На рисунке <math><mn>1</mn><mo>.</mo><mn>11</mn><mo>.</mo><mn>1</mn></math> изображено неподвижное тело.

Определение 2

Система отсчета, связанная с Землей, называется инерциальной.

Тело подвергается воздействию силы тяжести <math><mover><mi>F</mi><mo>→</mo></mover><mo>=</mo><mi>m</mi><mover><mi>g</mi><mo>→</mo></mover></math>, направленной вертикально вниз, и силы упругости <math><msub><mover><mi>F</mi><mo>→</mo></mover><mi>у</mi></msub><mo>=</mo><mover><mi>N</mi><mo>→</mo></mover></math>, действующей на него.

Реакция опоры

Определение 3

Силу <math><mover><mi>N</mi><mo>→</mo></mover></math> называют силой нормального давления или силой реакции опоры.

Действующие на тело силы всегда уравновешивают друг друга по формуле <math><mover><msub><mi>F</mi><mi>т</mi></msub><mo>→</mo></mover><mo>=</mo><mo>-</mo><msub><mover><mi>F</mi><mo>→</mo></mover><mi>y</mi></msub><mo>=</mo><mo>-</mo><mover><mi>N</mi><mo>→</mo></mover></math>. По третьему закону Ньютона имеем, что тело, подвергающееся воздействию силы <math><mover><mi>P</mi><mo>→</mo></mover></math> на опору, равняется по модулю силе реакции опоры направленной в противоположную сторону, тогда <math><mover><mi>P</mi><mo>→</mo></mover><mo>=</mo><mo>-</mo><mover><mi>N</mi><mo>→</mo></mover></math>.

Из определения видно, что <math><mover><mi>P</mi><mo>→</mo></mover></math> называют весом тела. По соотношениям <math><mover><mi>P</mi><mo>→</mo></mover><mo>=</mo><mover><msub><mi>F</mi><mi>т</mi></msub><mo>→</mo></mover><mo>=</mo><mi>m</mi><mover><mi>g</mi><mo>→</mo></mover></math> он равняется силе тяжести. Причем силы приложены к разным телам.

Рисунок <math><mn>1</mn><mo>.</mo><mn>11</mn><mo>.</mo><mn>1</mn><mo>.</mo></math> Вес тела и сила тяжести.<math><mi>  m</mi><mover><mi>g</mi><mo>→</mo></mover></math> – сила тяжести, <math><mover><mi>N</mi><mo>→</mo></mover></math> – сила реакции опоры, <math><mover><mi>P</mi><mo>→</mo></mover></math>– сила давления тела на опору (вес тела). <math><mi>m</mi><mover><mi>g</mi><mo>→</mo></mover><mo>=</mo><mo>-</mo><mover><mi>N</mi><mo>→</mo></mover><mo>=</mo><mover><mi>P</mi><mo>→</mo></mover></math>.

Когда тело находится в неподвижном подвешенном состоянии на пружине, тогда роль силы реакции опоры относят к упругой силе пружины. При ее растяжении определяется вес тела и сила его притяжения Землей. Для этого применяют рычажные весы, сравнивая вес данного тела с весом гирь на равноплечем рычаге. Когда они находятся в равновесии, можно достичь равенства массы тела суммарной массой гирь. Значение ускорения свободного падения от этого не зависит.

Пример 1

Если поднять в гору на <math><mn>1</mn><mo> </mo><mi>к</mi><mi>м</mi></math> пружинные весы, то их показания изменятся на <math><mo>,</mo><mn>0003</mn></math> от начального значения. Но состояние равновесия сохраняется. Рычажные весы считают прибором для определения массы тела при помощи сравнения с массой гирь, то есть эталонов.

Если тело располагается на опоре или подвешено на пружине, движущейся с ускорением <math><mover><mi>a</mi><mo>→</mo></mover></math> относительно Земли. Такая система отсчета не считается инерциальной. Тело подвергается воздействию силы тяжести <math><mi>m</mi><mover><mi>g</mi><mo>→</mo></mover></math> и силы реакции опоры <math><mover><mi>N</mi><mo>→</mo></mover></math>. Отличие массы от веса состоит в том, что они друг друга не уравновешивают в данном случае.

Нужна помощь преподавателя?Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Вес тела

Исходя из второго закона Ньютона <math><mi>m</mi><mover><mi>g</mi><mo>→</mo></mover><mo>+</mo><mover><mi>N</mi><mo>→</mo></mover><mo>=</mo><mi>m</mi><mover><mi>a</mi><mo>→</mo></mover></math> или <math><mover><mi>N</mi><mo>→</mo></mover><mo>=</mo><mi>m</mi><mo>(</mo><mover><mi>a</mi><mo>→</mo></mover><mo>-</mo><mover><mi>g</mi><mo>→</mo></mover><mo>)</mo></math>.

Действующая на опору сила <math><mover><mi>P</mi><mo>→</mo></mover></math> со стороны тела называется весом тела, а исходя из третьего закона Ньютона, равняется <math><mo>-</mo><mover><mi>N</mi><mo>→</mo></mover></math>. Тогда он в равноускоренно движущемся лифте равняется

<math><mover><mi>P</mi><mo>→</mo></mover><mo>=</mo><mi>m</mi><mo>(</mo><mover><mi>g</mi><mo>→</mo></mover><mo>-</mo><mover><mi>a</mi><mo>→</mo></mover><mo>)</mo></math>.

Имеется вектор ускорения <math><mover><mi>a</mi><mo>→</mo></mover></math>, направленный по вертикали вниз или вверх. При определении оси <math><mi>О</mi><mi>у</mi></math> вертикально вниз, векторное уравнение для <math><mover><mi>P</mi><mo>→</mo></mover></math> получает скалярную форму записи

<math><mi>P</mi><mo>=</mo><mi>m</mi><mo>(</mo><mi>g</mi><mo>-</mo><mi>a</mi><mo>)</mo></math>.

Из формулы видно, что <math><mi>P</mi><mo>,</mo><mo> </mo><mi>g</mi></math> и <math><mi>a</mi></math> рассматриваются как проекции векторов <math><mover><mi>P</mi><mo>→</mo></mover><mo>,</mo><mo> </mo><mover><mi>g</mi><mo>→</mo></mover></math> и <math><mover><mi>a</mi><mo>→</mo></mover></math> на ось <math><mi>O</mi><mi>Y</mi></math>. Вертикальное направление оси говорит о том, <math><mi>g</mi><mo>=</mo><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>n</mi><mi>s</mi><mi>t</mi><mo>></mo></math>, а <math><mi>P</mi></math> и <math><mi>a</mi></math> принимают положительные и отрицательные значения. Рисунок <math><mn>1</mn><mo>.</mo><mn>11</mn><mo>.</mo><mn>2</mn></math> показывает направление вниз вектора ускорения <math><mover><mi>a</mi><mo>→</mo></mover></math> при <math><mi>a</mi><mo>></mo></math>.

Рисунок <math><mn>1</mn><mo>.</mo><mn>11</mn><mo>.</mo><mn>2</mn><mo>.</mo></math> Вес тела в ускоренно движущемся лифте. Вектор ускорения <math><mover><mi>a</mi><mo>→</mo></mover></math> направлен вертикально вниз. <math><mn>1</mn><mo>)</mo><mo> </mo><mi>a</mi><mo><</mo><mi>g</mi><mo>,</mo><mo> </mo><mi>P</mi><mo><</mo><mi>m</mi><mi>g</mi><mo>;</mo><mo> </mo><mn>2</mn><mo>)</mo><mo> </mo><mi>a</mi><mo>=</mo><mi>g</mi><mo>,</mo><mo> </mo><mi>P</mi><mo>=</mo></math> (невесомость); <math><mn>3</mn><mo>)</mo><mo> </mo><mi>a</mi><mo>></mo><mi>g</mi><mo>,</mo><mo> </mo><mi>P</mi><mo><</mo></math>.

Формула <math><mi>P</mi><mo>=</mo><mi>m</mi><mo>(</mo><mi>g</mi><mo>-</mo><mi>a</mi><mo>)</mo></math> указывает на наличие меньшего действия веса тела <math><mi>P</mi></math>, в отличие от силы тяжести при <math><mi>a</mi><mo><</mo><mi>g</mi></math>. Когда <math><mi>a</mi><mo>></mo><mi>g</mi></math> , вес тела меняет знак на противоположный. Это говорит о прижимании тела не к полу, а к потолку кабины лифта. При падении тело соответствует условиям <math><mi>a</mi><mo>=</mo><mi>g</mi></math>, то <math><mi>P</mi><mo>=</mo></math>. Это состояние получило название невесомости. Его возникновение возможно в кабине космического корабля во время движения по орбите с выключенными реактивными двигателями.

На рисунке <math><mn>1</mn><mo>.</mo><mn>11</mn><mo>.</mo><mn>3</mn></math> показано направление вектора ускорения вертикально вверх, откуда следует <math><mi>a</mi><mo><</mo></math>. Очевидно, что вес тела превышает силу тяжести по модулю.

Перегрузка

Определение 4

Перегрузка – это увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса.

Действие перегрузки на себе ощущали космонавты при взлете во время вхождения в плотные слои атмосферы. Также это явление характерно для летчиков, выполняющих фигуры высшего пилотажа.

Рисунок <math><mn>1</mn><mo>.</mo><mn>11</mn><mo>.</mo><mn>3</mn><mo>.</mo></math> Вес тела в ускоренно движущемся лифте. Вектор ускорения <math><mover><mi>a</mi><mo>→</mo></mover></math> направлен вертикально вверх. Вес тела приблизительно в два раза превышает по модулю силу тяжести (двукратная перегрузка).

image071.jpg

Рисунок <math><mn>1</mn><mo>.</mo><mn>11</mn><mo>.</mo><mn>4</mn><mo>.</mo></math> Модель человека в лифте.

Всё ещё сложно?Наши эксперты помогут разобратьсяВсе услугиРешение задач от 1 дня / от 150 р.Курсовая работа от 5 дней / от 1800 р.Реферат от 1 дня / от 700 р.31a17cf50863c6bbf8033e0846b7f187.jpg

Излишки массы тела портят не только внешний вид, но и отрицательно отражаются на состоянии здоровья. Ожирение является одной из причин развития патологий сердечно-сосудистого отдела, проблем с органами дыхания, суставами. Диетологи советуют вдумчиво подходить к вопросу похудения, без фанатизма.

Содержание:

  1. Как избавиться от лишнего веса без вреда организму

  2. Негативные последствия жестких диет

  3. Переход на правильный рацион

Для снижения массы тела необходимо пересмотреть привычный рацион, снизить количество употребляемых калорий. Врачи обращают внимание на то, что потеря более 10% массы тела может негативно отразиться на здоровье и привести к развитию серьезных патологий. Проблема связана с запоздалой реакцией на изменения регуляторных систем.

В норме можно терять не больше 4 кг в месяц. Организму нужно время, чтобы привыкнуть к новым параметрам и перестроиться под изменения. Диетологи советуют использовать следующие правила:

  1. Ускорение метаболизма – замедленный обмен веществ относится к причинам лишних килограммов. Для нормализации его работы необходимо больше двигаться, увеличить количество употребляемой жидкости – в идеале ежедневно следует выпивать не меньше 2 л воды. Она не только ускоряет метаболизм, но помогает справляться с чувством голода.

  2. Употребление зеленого чая – в напитке содержится катехин, ускоряющий сжигание калорий. Активные компоненты активизируют нервную систему, улучшают обменные процессы, выводят излишки жидкости из тканей.

  3. Лечение уксусом – раствор из стакана воды, столовой ложки уксуса и аналогичного количества натурального меда принимают перед едой. Напиток способствует расщеплению липидов, подавлению чувства голода, в нем содержится калий, органические кислоты. Уксус используется и для наружных процедур – растирание проблемных зон позволит повысить показатели упругости кожи.

Врачи обращают внимание пациентов на проблему недостаточного поступления воды в организм. Частичное обезвоживание отрицательно сказывается на состоянии ногтевых пластин, волос и дермы. Дефицит жидкости приводит к активному накоплению килограммов, а достаточное количество – повышает упругость кожного покрова, разглаживает мелкие морщины.

Желание приобрести нужный вес за короткие сроки приводит к поиску определенного диетического питания. Научные исследования показали, что большинство худеющих совершает одинаковые ошибки: не тратит время на правильное питание, а резко переходит к столу, состоящему из минимального количества продуктов (кефир, зелень и вода). Подобный подход позволяет быстро сбросить несколько килограммов, но после возвращения привычного рациона они приходят обратно.

Жесткие диеты наносят вред организму и являются малоэффективными. Только 20% женщин могут держать себя в руках и упорно двигаться к намеченной цели, а удержать полученные результаты – не больше 5%.

Строгие ограничения, подразумевающие уменьшение количества употребляемых калорий на 40 и более процентов от рекомендованной суточной нормы, становятся причиной развития серьезных болезней. Здоровая потребность организма в пище легко рассчитывается по формуле: текущая масса тела умножается на 30. Для людей, занимающихся спортом, к общей цифре обязательно добавляется 300 калорий.

Жесткие диеты позволяют получать максимальную потерю килограммов только в первые трое суток. В это время из организма уходит лишняя жидкость, происходит эвакуация содержимого кишечника. Эффект усиливается при отказе от употребления сахара и соли. Прогресс замедляется через 72 часа, а впавший в стресс организм переключается в режим строгой экономии.

Специалисты, изучавшие поведение женщин после жестких диет, отметили, что результатом мгновенного сброса нескольких килограммов становится увеличение количества употребляемых продуктов. Отдельные пациентки при выходе начинали есть в два раза больше, чем обычно.

Похудеть можно и без нанесения вреда здоровью, но процесс не будет быстрым. Диетологи советуют обратить внимание на щадящие диеты с дробным питанием, определенным объемом продуктов. Параллельно нужно не забывать о достаточном поступлении жидкости и спортивных тренировках.

Идеальный рацион подразумевает применение несложных правил:

  • общее суточное количество еды делится на 5-6 приемов и употребляется минимальными порциями, запрещается переедание;

  • основная калорийность блюд должна приходится на завтрак, продукты пойдут на восполнение энергии, а что позволит сохранить работоспособность и активность на протяжении всего дня;

  • приемы пищи проходят по времени, с тщательным ее пережевыванием;

  • нельзя садиться за стол в состоянии стресса или волнения – адреналин замедляет метаболизм, провоцирует откладывание калорий в жировое депо;

  • отслеживание водного баланса – два литра жидкости в день улучшат состояние организма на клеточном уровне, не позволят замедлиться обменным процессам;

  • ужин должен заканчиваться за три и более часа до сна;

  • обязательно снижается объем поступающего сахара – глюкоза и производные нарушают процессы пищеварения, вызывают активное газообразование в кишечнике.

Медленное пережевывание пищи позволяет исключить случайное переедание. Организм чувствует насыщение только через 20 минут после начала еды. Спешка – враг стройному телу, а плохо прожеванные куски – органам пищеварения.

Не существует быстрых и надежных методов снижения веса. Избавиться от излишка килограммов можно при разумном подходе к ежедневному меню, включению в график прогулок и занятий спортом, соблюдению норм употребления воды. Жесткие диеты дают временный эффект, отрицательно сказывающийся на работе организма и внешнем виде.

 ВЕС ТЕЛА. ПРИРОДА ВЕСА

Тело массой m, лежащее на опоре, давит на неё вследствие действия силы тяжести. Опора деформируется. В ней возникает сила упругости — реакция опоры, которая приложена к телу, но в сторону, противоположную силе тяжести. В результате на тело действует две силы, приложенные в разные стороны и в разных точках. Они распределены по телу. Сила тяжести действует во всех точках тела и  направлена вниз, а сила реакции опоры во всех точках опоры и направлена вверх. Под действием этих сил тело деформируется, сжимается. В нем возникает сила упругости. Она приложена к опоре и действует вниз. Это и есть вес — Р.

Итак, вес возникает в результате притяжения тела к Земле и взаимодействия его с опорой. В этом взаимодействии мы различаем две пары сил:

1. Сила тяжести и сила, с которой Земля притягивается к телу, это гравитационные силы.

2. Реакция опоры и вес.  Это силы упругости.

Следовательно, вес всегда, в любых условиях равен реакции опоры и направлен в противоположную сторону (силы возникают парами и уравновешиваются, когда они одной природы):  (по модулю).

Рассмотрим другой пример: тело подвешено на нити. На него действует сила тяжести и сила натяжения. Под действием этих сил тело деформируется, в нем возникает сила упругости, с которой тело действует на нить. Это и есть вес — . В этом случае вес равен силе натяжения нити  (по модулю).

Итак, вес — это сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес, вследствие его притяжения к Земле и взаимодействия с опорой. Вес возникает  вследствие деформации тела и является силой упругости или электромагнитной силой. Вес всегда равен реакции опоры или силе натяжения подвеса.

Если опора неподвижна, или движется равномерно прямолинейно, сила тяжести равна реакции опоры: . И только в этом случае вес равен .

Если тело на нити неподвижно или движется равномерно, вес: .

Итак, если скорость тела не меняется, то только в этом случае

В ряде других случаев реакция опоры или сила натяжения нити не равна и вес тела меняется!

Итак: «Вес — это сила, с которой тело давит на опору  или  натягивает подвес вследствие притяжения к Земле».

Иногда подчеркивают: давит на горизонтальную опору или натягивает вертикальный подвес.

Если, по каким-то причинам, исчезает реакция опоры или натяжение нити, исчезает и вес.

При свободном падении тела вес становится равен нулю. Тело находится в так называемом состоянии невесомости.

Но это не единственный  случай. Невесомость наступает, когда спутник движется по орбите. Почему? Движение спутника можно рассматривать, как сложное движение: равномерное прямолинейное и свободное падение. В результате такого движения он движется по круговой орбите «падая, не падая». А при свободном падении наступает невесомость.

Еще один случай. Если космический корабль движется от Земли к Луне, то в некоторой  точке, где силы тяжести со стороны Земли  и со стороны Луны равны и направлены в разные стороны, результирующая сила тяжести равна нулю, следовательно, равен нулю и вес.

Если тело поднимается ускоренно вверх или замедлено опускается вниз (увеличивается или уменьшается скорость), то его вес при этом увеличивается. Возникают, так называемые, перегрузки. Это происходит при старте ракеты с Земли  и при  спуске космического  аппарата на Землю. В первом случае  ракета разгоняется и перегрузки становятся 3 — 4 кратными. Несколько большие, но значительно кратковременные, перегрузки при торможении космического корабля  при спуске его на Землю и вхождении в плотные слои атмосферы. Подобное состояние испытывают летчики при движении по  окружности, когда самолет входит в «пике»;  отдыхающие,  катающиеся на «американских горках», когда они движутся по вогнутой траектории.

Чтобы подготовить космонавтов к перегрузке  и  невесомости, их тренируют на специальных тренажерах. Так, для испытания невесомости и обучения работе в этих условиях, их помещают в самолет, который движется по параболе, или в падающий с ускорением g лифт.

А для тренировки на перегрузки космонавтов вращают на  центрифуге, или  резко подбрасывают вверх — катапультируют.

Невесомость и перегрузку космонавт ощущает каждой клеточкой своего тела.  В каждой части тела при ускоренном и замедленном  движении изменяется  деформация, реакция опоры и сила натяжения. Мышечные напряжения или  ослабевают, или значительно возрастают, или исчезают совсем. Именно поэтому такая эйфория охватывает космонавтов в первые минуты состояния невесомости, и именно поэтому им так трудно переносить перегрузки при спуске с орбиты.

Просмотров: 1129</dd></dl>

В § 2-а мы начали знакомство с явлением гравитации вообще и земным тяготением в частности. Теперь настало время более подробного изучения силы тяжести на Земле и других планетах.

На рисунке изображён опыт с двумя гирями и динамометрами. Вы видите, что при массе гири 200 г (то есть 0,2 кг) на неё действует сила тяжести 2 Н, а при массе 500 г (то есть 0,5 кг) – сила тяжести 5 Н. Обратим внимание на закономерность:

= 10 Н/кг     и = 10 Н/кг

Проделав опыты с многими телами, мы обнаружим ту же самую закономерность: отношение силы тяжести, действующей на тело, к массе этого тела является постоянной величиной, не зависящей ни от силы тяжести, ни от массы тела. Эту величину называют коэффициентом силы тяжести:

Формулу для вычисления коэффициента «g» можно преобразовать, поместив слева силу тяжести:

Fтяж – сила тяжести, Нm – масса тела, кгg – коэффициент, Н/кг

В опыте с двумя гирями мы выяснили, что вблизи поверхности Земли коэффициент «g» имеет значение 10 Н/кг (более точные значения 9,78 Н/кг и 9,83 Н/кг – см. далее в таблице).

Опыты показывают, что по мере удаления от Земли сила тяжести ослабевает. Например, на высоте 300 км значение коэффициента «g» уменьшается приблизительно до 9 Н/кг.

Повторяя опыт с гирями и динамометрами в различных местах Земли, а также на поверхности Луны, Марса и так далее, можно выяснить, что коэффициент «g» зависит от места наблюдения:

Коэффициенты силы тяжести, Н/кг

Луна 1,7 Земля: » 10
Марс 3,8 а) полюс 9,83
Юпитер 24 б) экватор 9,78

В обыденной жизни под словом «вес» мы зачастую подразумеваем массу тела, не делая различия между этими терминами. Однако это неверно.

Весом тела называют силу, с которой тело давит на опору или тянет подвес. Например, на рисунке медведь действует на опору – прогнувшуюся доску. Согласно определению, сила давления медведя на доску – вес медведя. На рисунке правее медведь действует на подвес – канат. Эта сила тоже является весом, но уже медведя вместе с доской.

Часто вес тела равен действующей на него силе тяжести. В виде формулы это записывается так:

Однако эта формула верна не всегда. Например, если тело погружено в жидкость или газ. В этом случае возникает выталкивающая сила, обычно приводящая к уменьшению веса. Многочисленные опыты показывают, что вес тела равен действующей на него силе тяжести, когда тело и его опора (подвес) покоятся или движутся вместе равномерно и прямолинейно, и не действуют другие силы, кроме силы тяжести. Это – границы применимости формулы W = Fтяж

Забегая вперед, скажем, что когда тело или его опора (подвес) движутся непрямолинейно или неравномерно, вес тела никогда не равен силе тяжести. Он может быть как больше, так и меньше неё, а также направлен в другую сторону.

Используемые источники:

  • https://zaochnik.com/spravochnik/fizika/sily-v-prirode/ves-i-nevesomost/
  • https://aptstore.ru/articles/kak-izbavitsya-ot-lishnego-vesa/
  • http://www.shelita.info/index.php/shejman-v-m/24-uchashchimsya-8-klassa/rasshifrovka-konspektov-8-klass/razdel-2-1-vzaimodejstvie-tel/44-ok-ves-tela-priroda-vesa
  • https://questions-physics.ru/uchebniki/7_klass/sila_tyazhesti_i_ves_tela.html