Co to 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 $g=+9,8{\displaystyle \frac{\text{m}}{{\text{ s}}^2}}$‍.

Siła grawitacji $F_g=mg$‍ (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 $mg$‍ 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.

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 $W=mg$‍. Np. ciężar ciała o masie $m=2\text{kg}$‍ wynosi $W=(2\text{ kg})(9,8{\displaystyle \frac{\text{m}}{{\text{ s}}^2}})=19,6\text{ N}$‍.

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 $\text{kg}$‍, natomiast ciężar (ponieważ jest przykładem siły) - w $\text{N}$‍.

Samolot o masie $4500\text{ kg}$‍ startuje z lotniska, przyspieszając zarówno do przodu jak i w górę. Siła związana z działaniem silników wynosi $6700\text{ N}$‍ i skierowana jest w kierunku lotu, natomiast wartość oporu powietrza wynosi $4300\text{ N}$‍.

Wartość siły grawitacji wynosi $mg$‍, niezależnie od tego, jak przyspieszeniom poddawany jest samolot! Możemy zatem łatwo wyznaczyć jej wartość, korzystając ze wzoru:

Ciężar słonia afrykańskiego wynosi $25000\text{ N}$‍.

Ciężar to innymi słowy siła grawitacji $mg$‍ działająca na dany obiekt. Możemy wyznaczyć masę, korzystając ze wzoru $W=F_g=mg.$‍