Урок 17. Вес тела. Единицы силы

Физика, 7 класс · Взаимодействие тел · ~45 минут

🎯 Что ты узнаешь

• В чём разница между массой, силой тяжести и весом (спойлер: это три РАЗНЫХ вещи!)
• Откуда взялся ньютон и почему силу меряют именно в нём
• Как связать силу тяжести с массой формулой F = m·g
• Почему космонавты на МКС летают, хотя сила тяжести там почти такая же, как у нас
• Куда «прикладывается» вес и почему это важно

📖 Разбираемся в теме

Загадка на старт. Ты встал на весы в лифте. Лифт стоит — весы показывают 50 кг. Лифт резко поехал вниз — и на долю секунды весы показали меньше! Твоя масса изменилась? Конечно, нет. А что же изменилось? Чтобы разобраться, надо чётко развести три понятия, которые в жизни постоянно путают.

Масса, сила тяжести, вес — три разные вещи

Масса (m) — это «сколько в тебе вещества». Мера инертности. Измеряется в килограммах (кг). Масса твоя одинакова и на Земле, и на Луне, и в космосе.

Сила тяжести (F_тяж) — это сила, с которой Земля притягивает тело. Она приложена к самому телу и направлена вниз, к центру Земли. Измеряется в ньютонах (Н).

Вес тела (P) — это сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес из-за притяжения Земли. Тоже измеряется в ньютонах (Н).

📌 Запомни: Масса (кг) — это НЕ сила. Сила тяжести и вес (Н) — это силы, но приложены они к разным телам!

Самое хитрое — отличить вес от силы тяжести. Они часто равны по величине, но это РАЗНЫЕ силы:

⚠️ Частая ошибка: Говорить «мой вес 50 килограммов». На самом деле 50 кг — это масса! Вес — это сила, и измеряется он в ньютонах. Но в быту все так говорят, и это нормально — просто ты теперь знаешь, как правильно по-физически.

Единица силы — ньютон

Силу назвали в честь Исаака Ньютона. Обозначается Н (или N).

Чтобы почувствовать: 1 ньютон — это примерно вес небольшого яблока (массой около 100 г). Подержи яблоко на ладони — вот так давит сила в 1 Н.

💡 Интересно: Говорят, именно упавшее яблоко натолкнуло Ньютона на мысль о всемирном тяготении. И теперь яблоко — это ещё и удобная «эталонная гирька» для 1 ньютона. Совпадение? Приятное.

Связь силы тяжести и массы

Чем больше масса тела, тем сильнее Земля его притягивает. Связь простая:

⚡ Формула: F = m·g, где F — сила тяжести (Н, ньютон), m — масса тела (кг, килограмм), g — коэффициент 9,8 Н/кг (на Земле).

Число g ≈ 9,8 Н/кг показывает: на каждый килограмм массы Земля действует силой 9,8 Н.

В задачах для простоты часто берут g ≈ 10 Н/кг — но точнее именно 9,8.

Так как тело, спокойно лежащее на опоре, давит на неё силой тяжести, вес по величине равен силе тяжести, когда тело покоится:

⚡ Формула: P = m·g — вес покоящегося тела, P — вес (Н), m — масса (кг), g ≈ 9,8 Н/кг.

⏱ Прикинь сам: Твоя масса 40 кг. Прикинь в уме свой вес в ньютонах (бери g ≈ 10). Удивишься, какое большое число!

Невесомость — когда вес исчезает

А теперь к загадке с лифтом. Вес — это давление на опору. А что, если опора падает вместе с тобой?

Представь: ты в лифте, и трос оборвался. Лифт падает, ты падаешь, пол лифта падает — все с одинаковым ускорением. Ты больше не давишь на пол! Вес стал равен нулю. Это и есть невесомость.

При этом сила тяжести никуда не делась — Земля по-прежнему тебя притягивает. Просто давить не на что.

📌 Запомни: Невесомость — это состояние, когда вес тела равен нулю. Сила тяжести при этом сохраняется.

🤔 А знаешь ли ты? Космонавты на МКС находятся в постоянной невесомости. Станция не «улетела от притяжения» — там сила тяжести почти такая же сильная, как на поверхности Земли! Просто станция всё время «падает» вокруг Земли по орбите, и космонавты падают вместе с ней. Вот они и парят.

✍️ Разбор задач

Пример 1. Найди силу тяжести, действующую на ведро воды массой 8 кг. (g ≈ 9,8 Н/кг)

Дано: m = 8 кг g = 9,8 Н/кг

Найти: F

Решение: F = m·g = 8 кг · 9,8 Н/кг = 78,4 Н.

Ответ: F ≈ 78,4 Н.

Пример 2. На опору тело давит с весом 49 Н. Найди его массу. (g ≈ 9,8 Н/кг)

Дано: P = 49 Н g = 9,8 Н/кг

Найти: m

Решение: Из P = m·g получаем m = P / g. m = 49 Н / 9,8 Н/кг = 5 кг.

Ответ: m = 5 кг.

Пример 3. Масса школьника 45 кг. Чему равен его вес на Земле и на Луне? На Луне g_Луны ≈ 1,6 Н/кг.

Дано: m = 45 кг g_З = 9,8 Н/кг g_Л = 1,6 Н/кг

Найти: P_З, P_Л

Решение: На Земле: P_З = m·g_З = 45 · 9,8 = 441 Н. На Луне: P_Л = m·g_Л = 45 · 1,6 = 72 Н.

Ответ: P_З = 441 Н, P_Л = 72 Н. Масса осталась прежней (45 кг), а вес на Луне меньше примерно в 6 раз!

Пример 4. Вопрос на понимание. Космонавт в невесомости держит в руках гирю. Изменилась ли её масса? Изменился ли вес?

Решение: Масса — мера количества вещества, она от места не зависит. Масса осталась прежней. Вес — это давление на опору (или натяжение подвеса). В невесомости гиря ни на что не давит, значит её вес равен нулю.

Ответ: масса не изменилась, вес стал равен нулю.

💡 Запомни главное

⚡ F = m·g — сила тяжести; P = m·g — вес покоящегося тела F, P — сила тяжести и вес (Н, ньютон) m — масса (кг, килограмм) g ≈ 9,8 Н/кг — на Земле

• Масса (кг) — мера вещества, везде одинакова, это НЕ сила.
• Сила тяжести — притяжение Земли, приложена к телу, направлена вниз.
• Вес — давление тела на опору/подвес, приложен к опоре.
• 1 Н ≈ вес яблока массой 100 г.
• Невесомость — вес равен нулю, но сила тяжести сохраняется.

📝 Домашнее задание

1. Чем масса отличается от веса? В каких единицах измеряется каждая?
2. Чем вес отличается от силы тяжести? К чему приложена каждая сила?
3. Что такое 1 ньютон «на ощупь»? Приведи пример.
4. Найди силу тяжести, действующую на тело массой 12 кг (g ≈ 9,8 Н/кг).
5. Вес мешка картошки 196 Н. Какова его масса (g ≈ 9,8 Н/кг)?
6. Масса собаки 6 кг. Чему равен её вес на Земле?
7. Что такое невесомость? Сохраняется ли при этом сила тяжести? А масса?
8. На Луне космонавт весит 144 Н, g_Луны ≈ 1,6 Н/кг. Найди его массу. Сколько он будет весить на Земле?
9. ⭐ Объясни загадку про лифт из начала урока: почему в момент, когда лифт резко поехал вниз, весы показали меньше? Что они на самом деле измеряют?