Учебник для 10 класса

ФИЗИКА

§ 3.10. Вес тела

Вес — очень знакомое слово. Однако очень часто, к сожалению, смешивают понятия «сила тяжести» и «вес тела», а в быту вес отождествляют с массой. Что же это за величина — вес?

С этой величиной вы знакомились в начальном курсе физики. Теперь мы это знакомство расширим и углубим.

В принципе вполне можно обойтись без этого понятия. Вес, как мы сейчас увидим, не что иное, как одно из проявлений сил упругости. Но слово «вес» укоренилось в обиходе, и избавиться от него не так-то просто.

Если тело лежит на опоре, то вследствие притяжения Землей оно давит на опору. По этой же причине подвешенное тело растягивает подвес.

Сила, с которой тело вследствие его притяжения Землей действует на опору или растягивает подвес, называется весом тела.

Тело и опора неподвижны или движутся без ускорения

Пусть тело А находится на горизонтальной опоре В (рис. 3.24). На тело А действует сила тяжести m и сила реакции опоры . Но если опора действует на тело с силой , то и тело действует на опору с силой , которая в соответствии с третьим законом Ньютона равна по модулю и противоположна по направлению : = -. Сила и есть вес тела.

Рис. 3.24

Если тело и опора неподвижны или движутся равномерно и прямолинейно, т. е. без ускорения, то, согласно второму закону Ньютона,

+ m = 0.

Так как

Следовательно,

Значит, если ускорение а = 0, то вес тела равен силе тяжести. Однако следует иметь в виду, что сила тяжести приложена к телу, а вес приложен к опоре или подвесу.

Природа силы тяжести и веса тоже различна. Если сила тяжести является результатом взаимодействия тела и Земли (сила тяготения), то вес появляется в результате совсем другого взаимодействия: взаимодействия тела А и опоры В. Опора В и тело А при этом деформируются, что приводит к появлению сил упругости.

Таким образом, вес тела (как и сила реакции опоры) является частным видом силы упругости.

Вес обладает особенностями, существенно отличающими его от силы тяжести.

Во-первых, вес определяется всей совокупностью действующих на тело сил, а не только силой тяжести (так, вес тела в жидкости или воздухе меньше, чем в вакууме, из-за появления выталкивающей (архимедовой) силы). Во-вторых, вес тела, как мы скоро увидим, существенно зависит от ускорения, с которым движется опора (подвес).

Пока же остановимся на простом и практически удобном методе измерения масс тел с помощью взвешивания.

Измерение массы тела на рычажных весах

Положим на одну чашку равноплечих весов тело, массу которого мы хотим измерить, а на другую чашку поставим такой набор гирь (их масса известна), чтобы весы оказались в равновесии (рис. 3.25). Тогда масса m_т тела равна массе m_г гирь.

Рис. 3.25

В самом деле, так как весы находятся в равновесии, то силы, с которыми давят на чашки весов тело и гири, т. е. вес тела и вес гирь, равны между собой(1). Но вес тела, согласно формуле (3.10.1), равен Р_т = m_тg, а вес гирь равен Р_г = m_гg. Значит,

откуда

Описанный способ измерения массы тела называется взвешиванием.

Мы установили, что вес — это разновидность силы упругости.

(1) Для равновесия весов требуется равенство моментов сил (см. начальный курс физики). Но для равноплечих весов равенство моментов приводит к равенству сил.