Це питання було запропоновано нам минулої середи/четвер в Орбіті Лайка, і так, це питання, яке має одну з тих хитрощів, щоб трохи подумати. Особисто я завжди мав слабкість до цього питання, тому що для відповіді на нього потрібно враховувати багато фізичних деталей, а розвиток - це вправа у фізичній аргументації.

свинцю

Відео програми ви можете знайти тут: brbita Laika 15. Відповідь дається протягом останніх декількох хвилин, але я настійно рекомендую переглянути її повністю, це програма.

Річ у тім, що відповідь, дана в шоу, полягає в тому, що це ЛИШЕ, що спричинило певну дискусію у твіті. Ми пояснимо логіку відповіді.

Маса, прискорення, сила тяжіння та вага

Маса, також вказує на іншу властивість фізичних систем, повідомляє нас про їх інерційність. Інерція - це легкість і труднощі, з якими система прискорюється при дії певної сили. Це не що інше, як другий закон Ньютона.

Сила, прикладена до тіла, виробляє прискорення. Ми знаємо, що якщо ми маємо фіксовану силу F і застосовуємо її до маси 1кг, 2кг та 3кг, прискорення в кожному випадку буде меншим. Тіло в 1 кг прискорює більше, ніж 2 кг, а це більше, ніж у 3 кг. Щоб тіло 2 кг прискорилося на таку саму величину, як тіло 1 кг, до нього потрібно прикласти вдвічі більше сили. Логіка зрозуміла.

Вага - це сила, вага - це сила, з якою Земля натягує тіло. Це вплив сили тяжіння Землі на тіла. Для спрощення скажемо, що гравітація Землі має значення 10, в яких одиницях? Одиниці вимірювання - це метри на секунду в квадраті (м/с²), які є одиницями прискорення. Отже, в околицях Землі гравітація виражається як прискорення. І це однакове прискорення у всіх тілах (за умови, що вони знаходяться на однаковій висоті над поверхнею Землі).

Всі тіла піддаються одному і тому ж прискоренню сили тяжіння (якщо різниця у відстанях до центру Землі не сильно відрізняється).

Вага тіла - це сила, яку ми отримуємо, помноживши його масу на прискорення сили тяжіння, яке ми будемо представляти через g:

Як і будь-яка сила, вага має напрямок і сенс. Вага лежить на лінії, яка з’єднує тіло з центром Землі і спрямовує до нього.

Маса вимірюється в кілограмах, а сили вимірюються в ньютонах (це просто назва для одиниці кг м/с²). Якщо у нас є 1 кг, вага буде 1 × 10 Н = 10 Н. Але оскільки всі тіла (в безпосередній близькості від нас) піддаються однаковому прискоренню сили тяжіння, ми спрощуємо повсякденною мовою і говоримо, що він важить 1 кг, що означає, що важить 10 ньютонів.

Важливою деталлю є наступне: Що станеться, якщо в попередньому випадку ми підтягнемо тіло силою F?

Зрозуміло, що якщо ми спробуємо зважити тіло зараз, тобто з якою силою воно підтягується до центру Землі, ми виявимо менш очевидну або чисту вагу.

Давай, ви всі маєте емпіричний досвід цього, тому що, звичайно, ви підняли мішок із фруктами, коли зважували собі покупку на великій площі. Це очевидна вага, яку вимірює пристрій. Так, я знаю, тоді ви залишаєте в спокої, щоб отримати квиток, не обманюючи, сюди входять лише добрі люди.

Щільність і об’єм

Кожне тіло має об’єм (V), а кожне тіло має масу (м). Зробити відношення маси тіла до його обсягу майже тривіальним стрибком. Це спосіб дізнатися, скільки маси ми маємо на одиницю об’єму. Ця кількість отримала назву, щільність ().

Отже, знаючи щільність виду речовини і загальну масу, яку ми маємо з нею, ми можемо легко визначити її об’єм:

Візьмемо два приклади ... Е-е-е-е-е, отже, швидше на човні, солома та свинець.

Щільність соломи (добре стиснута) становить: 150 кг/м³.

Щільність свинцю становить: 11340 кг/м³.

Кубічний метр (м³) еквівалентний обсягу 1000 літрів. Він визначається як об’єм, обмежений кубом зі стороною в один метр.

Припустимо, у нас є 1 кг соломи і 1 кг свинцю. Який обсяг вони займають?

Щоб отримати уявлення про те, наскільки один більший за інший, поділимося:

Це означає, що кілограм солом'яної маси займає об'єм, який у 75,6 разів перевищує об'єм, зайнятий кілограмом свинцевої маси.

Скільки важить кілограм соломи і кілограм свинцю?

Тепер ми дивуємось, скільки Земля викидає кілограм соломи та кілограм свинцю. Відповідь повинна бути негайною, якщо обидва піддаються однаковому прискоренню сили тяжіння і якщо обидва мають однакову масу, обидва важать абсолютно однаково.

Все правильно, маса однакова, прискорення сили тяжіння однакове, тому вага повинна бути однаковою.

Але одна деталь відсутня, це було б абсолютно вірно, якби ми виміряли вагу тіл у найчистішому вакуумі. Але ми занурені в рідину, повітря, і саме тут добрий старий Архімед приходить здивувати.

Кожне тіло занурене в рідину

Принцип Архімеда виглядає приблизно так:

Кожне тіло, занурене в рідину, відчуває силу тяги вгору, рівну вазі переміщеного об'єму.

Ось наочне пояснення:

Якщо тіло має об’єм V, введення його в рідину витіснить об’єм V тієї ж рідини. Це породжує висхідну силу, яка називається поштовхом Е. Це те, що ми всі відчуваємо, намагаючись занурити м’яч у басейн.

Тепер, що станеться, якщо ми спробуємо виміряти вагу тіла у зазначеній рідині? Давайте пам’ятатимемо, що вимірюванням наших пристроїв є вага нетто або видима вага, і, як ми вже пояснювали раніше, це буде різниця між вагою, що виробляється силою тяжіння, і силою, що протидіє.

Як ми розраховуємо тягу? Легко визначити вагу рідини, яка витіснилася. Для цього ми повинні знати об’єм, який займає тіло, і щільність рідини.

Якщо ми знаходимось у повітрі, його щільність становить: 1,24 кг/м³. (Звичайні температури)

Зображення, яке ми маємо:

Маса повітря, витісненого соломою, визначається щільністю повітря та об'ємом, який займає солома:

Маса повітря, витісненого соломою, становитиме:

Маса повітря, витісненого свинцем, становитиме:

Тепер ми повинні розрахувати вагу цього повітря, що витіснюється в кожному випадку, і це покаже нам тягу вгору.

Вага повітря, витісненого соломою, що дає нам величину тяги, яку зазнає солома вгору, становитиме:

Вага повітря, витісненого свинцем, що дає нам величину тяги, що зазнає свинцю вгору, буде:

Звичайно, вага, яку зазнають обидва тіла, солома і свинець, від дії сили тяжіння однакова, це їх маса, помножена на прискорення сили тяжіння, тому вони обидва мають 10 Н ваги (у вакуумі).

Тепер очевидну вагу легко розрахувати:

Очевидна вага соломи буде різницею між її вагою та тягою:

Так що, кілограм солом’яної маси важить менше кілограма свинцевої маси, оскільки ми визначаємо видиму вагу, коли проводимо вимірювання.

Але не хвилюйтеся, коли в магазині вони продають нам кілограм свинцю або кілограм соломи, вони продають нам не кількість матеріалу, а вагу, тобто в обох випадках дають нам кількість матеріалу, що відповідає вага 10 Немає видимої ваги.

Я люблю цю вправу, але, думаю, я вже згадав про це.