Formule di peso per il corpo in riposo e in accelerazione. Problem solving

Sin dai tempi antichi, la gente ha notato che ogni oggetto lanciato verso l'alto inevitabilmente cade a terra. Questo fenomeno nella fisica moderna è descritto nel quadro della meccanica classica con l'uso del concetto di attrazione gravitazionale da parte del nostro pianeta di tutti i corpi circostanti. Il peso corporeo è strettamente correlato alla gravità. In questo articolo, consideriamo questa quantità fisica e forniamo le formule di peso.

Qual è il peso corporeo?

Prima di dare la formula del peso in fisica, consideriamo la definizione della quantità stessa. Il peso è la forza con cui il corpo agisce sul supporto o allunga la sospensione a cui è attaccato. Questa è la differenza fondamentale tra peso corporeo e peso. Quest'ultima è una caratteristica fisica delle proprietà inerziali degli oggetti. La massa è una proprietà intrinseca dei corpi, ma il peso è un valore variabile, poiché dipende dalle caratteristiche del campo gravitazionale in cui si trova il corpo in questione.

Un esempio dell'effetto del peso è la situazione in cui ci troviamo sulla bilancia. Sebbene questi ultimi siano calibrati in modo tale da mostrare massa in chilogrammi, in realtà, è proprio il peso con cui il nostro corpo esercita pressione sulle scale.

Un altro esempio è la pesatura degli oggetti con l'aiuto di un bilanciamento manuale della molla, che viene chiamato un galoppo. Un oggetto sospeso dal dispositivo allunga la molla fino a quando la forza della sua elasticità equilibra il peso del corpo. Queste scale, come le precedenti, sono calibrate su una scala di massa.

Formula per il peso corporeo a riposo

A metà del XVII secolo, osservando il comportamento dei corpi celesti (pianeti, satelliti naturali, comete) e utilizzando dati sperimentali, Isaac Newton formulò la legge del mondo. Grazie a questa legge, è diventato possibile calcolare numericamente le forze gravitazionali con le quali i corpi interagiscono in natura. Secondo questa legge, la forza di gravità F _t sulla superficie di qualsiasi pianeta può essere calcolata con la formula:

F _t = m * g

Dove m è la massa del corpo, g è l'accelerazione lineare, che il pianeta comunica a tutti i corpi situati vicino ad esso. Per la Terra è pari a 9,81 m / s ² . Immediatamente, notiamo che la grandezza di g non dipende dalla massa, ma dipende dalla distanza dal pianeta, diminuendo come il suo quadrato.

Quando un corpo di massa m è sulla superficie, per esempio, un bicchiere d'acqua è sul tavolo, quindi due forze agiscono su di esso:

• gravità F _t ;
• reazioni di supporto N.

Poiché il corpo non si muove da nessuna parte ed è a riposo, entrambe le forze sono opposte nella direzione e di uguale ampiezza, cioè:

• F _t = N

Secondo la definizione di peso, la formula per esso assume la forma:

P = N = F _t = m * g

È con la forza _{che il} bicchiere d'acqua preme sul tavolo.

Caduta libera e peso corporeo

Facciamo il seguente esperimento mentale: supponiamo che una pietra di una certa massa m sia stata messa in una scatola di legno, poi sia stata lanciata da un'altezza. Quanto peso avrà la pietra nel processo di caduta libera?

Per rispondere a questa domanda, scrivi l'equazione dinamica di base. In questo caso, sembra che:

m * a = F _t - N

Qui a è l'accelerazione con cui cadono la scatola e la pietra. Nel caso di caduta libera, questa accelerazione è uguale a g. Quindi otteniamo:

m * g = m * g - N =>

N = 0

Cioè, la forza di reazione del supporto è zero. Questa conclusione dell'equazione del moto suggerisce che la pietra durante la caduta libera non preme sul fondo della scatola, cioè il suo peso sarà uguale a zero. Questa situazione è osservata nelle stazioni spaziali in cui forza centrifuga e gravità si bilanciano a vicenda.

Per il movimento con un'accelerazione arbitraria, la formula del peso assume la forma:

P = m * (a - g)

Problem solving

È noto che durante il lancio del razzo la sua accelerazione è di 40 m / s ² . È necessario determinare il peso del cosmonauta che è in esso, se la sua massa è pari a 70 kg.

Per cominciare, scriviamo la seconda legge di Newton per il problema in questione. Abbiamo:

m * a = N - m * g

Qui la forza di gravità è diretta contro l'accelerazione e la reazione del supporto - lungo il vettore di accelerazione. Da questa uguaglianza otteniamo:

P = N = m * (g + a)

Sostituendo i dati, scopriamo che il peso dell'astronauta durante il lancio del razzo sarà pari a 3486,7 N. Se l'astronauta salisse sulla bilancia durante il lancio, mostrerebbe il valore della sua massa di 355,4 kg.