Główna zawartość

Kurs: Fizyka - program rozszerzony I > Rozdział 3

Lekcja 2: Pierwsza zasada dynamiki Newtona: masa i bezwładność

Co to ciężar?

Cieżar to inne określenie na siłę grawitacji działającą na dane ciało. O grawitacji mówimy nawet często "siła ciężkości". Tłumaczenie na język polski: fundacja Edukacja dla Przyszłości.

Czym jest ciężar?

Ciężar

W

(bardziej precyzyjnie - siła ciężkości) jest to inne określenie na siłę grawitacji

F_{g}

. Działa ona na wszystkie ciała znajdujące się blisko Ziemi, przez cały czas - Ziemia przyciąga je do siebie. Wartość siły grawitacji działającej na dane ciało znajdujące się niedaleko powierzchni Ziemi można wyznaczyć przemnażając masę tego obiektu

m

przez przyspieszenie grawitacyjne

g = + 9, 8 \frac{m}{s^{2}}

Przyspieszenie grawitacyjne

a_{g}

ma wprawdzie ujemną wartość (jeśli przyjmiemy, że wartość współrzędnej położenia maleje wraz ze zbliżaniem się do środka Ziemi - ale to tylko konwencja!), jednak przez

g

zwykło się oznaczać wartość bezwzględną tego przyspieszenia. Innymi słowy,

g = | a_{g} | = | - 9, 8 \frac{m}{s^{2}} | = + 9, 8 \frac{m}{s^{2}} = wartość bezwzględna przyspieszenia grawitacyjnego

a_{g} = - 9, 8 \frac{m}{s^{2}} = przyspieszenie grawitacyjne

Siła grawitacji

F_{g} = m g

(czyli "ciężar") działa na wszystkie ciała na Ziemie, bez względu na to, w jaki sposób się one poruszają czy też jakie inne siły na nie oddziałują. Innymi słowy, siła grawitacji o wartości

m g

przyciąga do powierzchni Ziemi wszystkie obiekty, bez względu na to, czy w danym momencie spadają, rzucone lecą pod jakimś kątem, leżą na stoliku czy przyspieszają w windzie. Ciało nie musi się poruszać pod wpływem własnego ciężaru, gdyż jaka inna siła może go równoważyć, jednak siła grawitacji zawsze pozostaje obecna.

Siła grawitacji działająca na dane ciało maleje, gdy oddalamy się coraz bardziej od Ziemi. Dotyczy to jednak bardzo dużych odległości - w zakresie, gdzie znajduje się ziemska atmosfera, siła grawitacji zmniejsza się dość nieznacznie. W odległości, na jakiej przebywają stacje kosmiczne, wartość przyspieszenia grawitacyjnego wynosi około

g = 8, 7 \frac{m}{s^{2}}

- to mniej, niż wartość

g

na powierzchni Ziemi, ale nie tak mało, jak się powszechnie sądzi. Fakt, że astronauci na stacjach kosmicznych znajdują się w stanie nieważkości, wynika z czego innego - ich stacja krąży po orbicie dookoła Ziemi i siła odśrodkowa równoważy siłę grawitacji.

Zasięg siły grawitacji ziemskiej jest nieskończony (tzn. że Ziemia przyciąga dowolny obiekt, nieważne, jak daleko się on znajduje), jednak jej wartość maleje wraz z odległością, także w pewnym momencie przestaje być zauważalna.

Czy ciężar to co innego niż masa?

Tak, pojęcie ciężaru różni się od masy. Przez ciężar

W

rozumiemy siłe grawitacji

F_{g}

działającą na dane ciało. Masa

m

jest natomiast miarą bezwładności tego ciała (czyli tego, jak trudno jest zmienić jego prędkość). Ciężar i masa są powiązane - im większa masa, tym większy ciężar

W = m g

. Np. ciężar ciała o masie

m = 2 kg

wynosi

W = (2 kg) (9, 8 \frac{m}{s^{2}}) = 19, 6 N

Ciężar ciała zmieni się, gdy oddali się ono od powierzchni Ziemi (ale dopiero na bardzo dużych odległościach!) albo gdy ciało zostanie umieszczone na innej planecie. W obu wypadkach powodem zmiany ciężaru będzie inna wartość siły grawitacji, działającej na ciało. Masa natomiast pozostanie niezmieniona - bez względu, czy obiekt znajduje się tu, na Ziemi, w przestrzeni kosmicznej czy na Księżycu.

W języku potocznym często używa się określeń masa i ciężar w tym samym znaczeniu, należy jednak pamiętać, że w fizyce masa (miara bezwładności) wyrażana jest w

kg

, natomiast ciężar (ponieważ jest przykładem siły) - w

N

Jak wyglądają przykładowe zadania dotyczące siły grawitacji?

Przykład 1: Ciężar samolotu

Samolot o masie

4500 kg

startuje z lotniska, przyspieszając zarówno do przodu jak i w górę. Siła związana z działaniem silników wynosi

6700 N

i skierowana jest w kierunku lotu, natomiast wartość oporu powietrza wynosi

4300 N

Jaka siła grawitacji działa na samolot podczas startowania?

Wartość siły grawitacji wynosi

m g

, niezależnie od tego, jak przyspieszeniom poddawany jest samolot! Możemy zatem łatwo wyznaczyć jej wartość, korzystając ze wzoru:

F_{g} = m g (równanie na siłę grawitacji)

F_{g} = (4500 kg) (9, 8 \frac{m}{s^{2}}) = 44100 N (podstawiamy i liczymy)

Przykład 2: Znajdowanie masy

Ciężar słonia afrykańskiego wynosi

25000 N

Jaka jest jego masa?

Ciężar to innymi słowy siła grawitacji

m g

działająca na dany obiekt. Możemy wyznaczyć masę, korzystając ze wzoru

W = F_{g} = m g .

W = m g (równanie wiążące ciężar z masą)

25000 N = m (9, 8 \frac{m}{s^{2}}) (podstawiamy wartości liczbowe)

m = \frac{25000 N}{(9, 8 \frac{m}{s^{2}})} (przekształcamy wzór m)

m = \frac{25000 N}{(9, 8 \frac{m}{s^{2}})} = 2551 kg (i mamy końcowy wynik!)

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Zaloguj się

Sortuj według

Na razie brak głosów w dyskusji

Rozumiesz angielski? Kliknij tutaj, aby zobaczyć więcej dyskusji na angielskiej wersji strony Khan Academy.