§ 26. Вага тіла. Невагомість

У своєму повсякденному житті ми доволі часто використовуємо поняття «вага». А чи замислювалися ви над тим, що воно означає? Відразу зазначимо, що поняття ваги у побуті й у фізиці є дещо різними. У повсякденному житті ви можете почути «моя вага 50 кг». Тобто під поняттям ваги у побуті доволі часто розуміють масу тіла. З точки зору фізики таке твердження є неправильним, оскільки вага тіла - це перш за все сила, а тому одиницею її є ньютон. Крім того, вага тіла може змінюватися залежно від руху тіла. Наприклад, ваша вага буде різною в залежності від того, чи рухаєтеся ви в ліфті з постійною швидкістю, чи зупиняєтеся. Про це та інше ви дізнаєтеся з цього параграфа.

Вага тіла
Явища зміни ваги
Невагомість

Вага тіла. З попередніх параграфів вам уже відомо, що між Землею та тілами існує гравітаційна взаємодія, тобто тіла притягуються до Землі. Внаслідок цього тіло, що перебуває на опорі, тисне на неї. Якщо фізичне тіло прикріплено до підвісу, то внаслідок притягання тіла до Землі підвіс також деформується.

Вага - сила, з якою тіло внаслідок притягання до Землі тисне на опору або розтягує підвіс.

Вагу тіла позначають великою латинською літерою Р. Одиницею ваги в СІ є ньютон:

[Р] = Н.

Вага тіла, як будь-яка сила, є векторною величиною, тобто для того, щоб її задати, необхідно вказати чисельне значення, точку прикладання та напрямок.

Якщо тіло перебуває в стані спокою чи рухається прямолінійно зі сталою швидкістю, вага тіла чисельно дорівнює силі тяжіння, тобто

Р = F_тяж = mg.

Точка прикладання ваги розташовується на опорі чи підвісі у місці їх дотику з тілом (рис. 3.32), у той час як точка прикладання сили тяжіння розташовується на тілі. Зазвичай її зображують від центра тіла.

Рис. 3.32. Точка прикладання ваги розташовується на опорі чи підвісі у місці їх дотику з тілом

Явища зміни ваги. Виявляється, що на відміну від маси та сили тяжіння, вага тіла може змінюватися під час зміни швидкості тіла. Розгляньте рисунок 3.33. З рисунка видно, що коли динамометр з прикріпленим тілом залишаються у стані спокою відносно Землі, вага тіла становить 1,5 Н. Під час різкого піднімання тіла покази динамометра досягають 2 Н, а отже, вага тіла збільшується. Під час різкого руху тіла донизу покази динамометра становлять близько 1 Н, а отже, вага тіла зменшується. Збільшення ваги тіла, що виникає під час збільшення швидкості руху системи тіла й опори чи підвісу, називають перевантаженням. Перевантаження відчувають космонавти, льотчики при виконанні фігур вищого пілотажу і ми з вами в ліфті, коли ліфт збільшує швидкість при підйомі вгору.

Рис. 3.33. Вага тіла залежить від зміни швидкості руху тіла

Невагомість. Якщо під час різкого руху донизу вага тіла зменшується, то логічно постає запитання, а чи може вага зменшитися до нуля. Виявляється, так. Це можливо за умови, коли тіло буде здійснювати вільне падіння. Такий стан тіла називають невагомістю. У стані невагомості перебувають парашутисти, які, вистрибнувши з літака, рухаються лише під дією сили тяжіння (до розкриття парашута). Стан невагомості можете відчути і ви, стрибаючи зі стільця на підлогу.

Рис. 3.34. Парашутист у стані невагомості

Запитання для самоперевірки

1. Що таке називають вагою тіла у фізиці ?
2. Яка одиниця ваги?
3. Коли вага чисельно дорівнює силі тяжіння?
4. Назвіть відмінності графічного зображення сили тяжіння та ваги тіла.
5. Що називають перевантаженням? Наведіть приклади збільшення ваги тіла.
6. Наведіть приклади, коли вага тіла зменшується?
7. Коли вага фізичного тіла дорівнює нулю?

Приклади розв’язування задач

Задача 1. На столі стоїть чайник з водою, маса якого 1,5 кг. Визначити силу тяжіння і вагу чайника. Показати ці сили на малюнку. Зобразити ці сили графічно.

Зобразимо ці сили графічно. Для цього, виберемо масштаб. Нехай сила 3 Н буде зображатись відрізком довжиною 0,3 см. Тоді силу в 15 Н необхідно накреслити відрізком довжиною 1,5 см.

Рис. 3.35. До задачі 1

Відповідь: F_тяж = Р = 15 Н.

Задача 2. Вага порожнього відра 15 Н. Якою буде вага цього відра з водою, якщо його об’єм 12 л?

Відповідь: вага відра з водою Р₂ = 135 Н.

Вправа 15

1(с). Спортсмен масою 80 кг підняв штангу 60 кг. З якою силою він тисне на підлогу?
2(с). На підлозі лежать три кулі. Маса однієї кулі 2 кг, другої 3 кг, третьої 5 кг. Яка з трьох куль має найбільшу вагу?
3(с). Назвіть сили, які діють на пружину динамометра (див рисунок до задачі). Визначіть чисельне значення цих сил. Вкажіть напрям цих сил і точки прикладання.
4(д). Вага мідної кулі об’ємом 128 см³ дорівнює 8,5 Н. Установіть чи є ця куля порожниста?

Рис. 3.36. До задачі 3

5(в). У творі «Перші люди на Місяці» Г. Уелс описує момент старту з поверхні Землі до Місяця. «Відчувся легкий поштовх, почулося клацання, неначе в сусідній кімнаті відкрили пляшку шампанського, і слабкий свист. Я відчув величезну напругу, мені здалося, що ноги у мене немов налиті свинцем». Дію якого явища відчували на собі мандрівники?

* Завдання для допитливих

1. Визначте вагу тіла, що лежить на чашці терезів.
2. Побудуйте в масштабі вектори сил, що діють на тіло. (Для приблизних розрахунків прийняти, що на тіло масою 100 г діє сила тяжіння 1 Н) (рис. 3.37).