Kuelewa istilahi za kimaumbile na kujua fasili za kiasi kuna jukumu muhimu katika utafiti wa sheria mbalimbali na kutatua matatizo katika fizikia. Moja ya dhana ya msingi ni dhana ya uzito wa mwili. Hebu tuangalie kwa undani swali: uzito wa mwili ni nini?
Historia
Kwa kuzingatia mtazamo wa kisasa wa fizikia, ni salama kusema kwamba wingi wa mwili ni sifa inayojidhihirisha wakati wa harakati, wakati wa mwingiliano kati ya vitu halisi, na pia wakati wa mabadiliko ya atomiki na nyuklia. Walakini, uelewa huu wa wingi ulianza hivi majuzi, haswa katika miongo ya kwanza ya karne ya 20, kutokana na nadharia ya uhusiano iliyoundwa na Einstein.
Tukirejea zaidi katika historia, tunakumbuka kwamba baadhi ya wanafalsafa wa Ugiriki ya kale waliamini kwamba harakati haipo, kwa hiyo hapakuwa na dhana ya uzito wa mwili. Walakini, kulikuwa na wazo la uzito wa mwili. Ili kufanya hivyo, inatosha kukumbuka sheria ya Archimedes. Uzito unahusiana na uzito wa mwili. Hata hivyo, si thamani sawa.
BKatika enzi ya kisasa, shukrani kwa kazi za Descartes, Galileo na haswa Newton, dhana za watu wawili tofauti ziliundwa:
- inertial;
- mvuto.
Kama ilivyotokea baadaye, aina zote mbili za uzito wa mwili ni thamani sawa, ambayo kwa asili yake ni tabia ya vitu vyote vinavyotuzunguka.
Isiyo ya awali
Wakizungumza kuhusu misa isiyo na usawa, wanafizikia wengi wanaanza kutoa fomula ya sheria ya pili ya Newton, ambapo nguvu, uzito wa mwili na kuongeza kasi huunganishwa katika usawa mmoja. Hata hivyo, kuna usemi wa msingi zaidi ambao Newton mwenyewe alitunga sheria yake. Ni kuhusu kiasi cha mwendo.
Katika fizikia, kasi inaeleweka kama thamani sawa na bidhaa ya uzito wa mwili m na kasi ya mwendo wake katika nafasi v, yaani:
p=mv
Kwa chombo chochote, thamani / p na v ni vigeu vya vekta vya sifa. Thamani m ni mgawo wa uwiano usiobadilika kwa mwili unaozingatiwa, unaounganisha p na v. Mgawo huu mkubwa, zaidi itakuwa thamani ya p kwa kasi ya mara kwa mara na ni vigumu zaidi kuacha harakati. Hiyo ni, uzito wa mwili ni sifa ya sifa zake za inertial.
Kwa kutumia usemi ulioandikwa wa p, Newton alipata sheria yake maarufu, ambayo inaeleza kimahesabu mabadiliko ya kasi. Kwa kawaida huonyeshwa katika fomu ifuatayo:
F=ma
Hapa F ni nguvu inayofanya kazi kwenye mwili kwa wingi m na kuupa kasi a. Kama katikakatika usemi uliopita, wingi m ni kipengele cha uwiano kati ya sifa mbili za vekta. Uzito mkubwa wa mwili, ni vigumu zaidi kubadili kasi yake (chini ya a) kwa msaada wa nguvu ya mara kwa mara ya kaimu F.
Mvuto
Katika historia, wanadamu wamefuata anga, nyota na sayari. Kutokana na mambo mengi yaliyochunguzwa katika karne ya 17, Isaac Newton alitunga sheria yake ya uvutano wa ulimwengu wote mzima. Kwa mujibu wa sheria hii, vitu viwili vikubwa vinavutiwa kwa kila kimoja kwa uwiano wa viambatisho viwili M1 na M2 na kinyume chake uwiano wa mraba wa umbali R kati yao, yaani:
F=GM1 M2 / R2
Hapa G ni mvuto thabiti. Viunga M1 na M2 huitwa misa ya mvuto ya vitu vinavyoingiliana.
Kwa hivyo, uzito wa mvuto wa mwili ni kipimo cha nguvu ya mvuto kati ya vitu halisi, ambayo haina uhusiano wowote na wingi wa inertial.
Uzito wa mwili na uzani
Ikiwa usemi ulio hapo juu unatumika kwa nguvu ya uvutano kwenye sayari yetu, basi fomula ifuatayo inaweza kuandikwa:
F=mg, ambapo g=GM / R2
Hapa M na R ni wingi wa sayari yetu na radius yake, mtawalia. Thamani ya g ni kuongeza kasi ya kuanguka bila malipo inayojulikana kwa kila mtoto wa shule. Herufi m inaashiria wingi wa mvuto wa mwili. Fomula hii hukuruhusu kukokotoa nguvu ya mvuto kwa Dunia ya mwili yenye uzito wa m.
Kulingana na sheria ya tatu ya Newton, nguvu F lazima iweni sawa na majibu ya msaada N ambayo mwili hutegemea. Usawa huu unatuwezesha kuanzisha wingi mpya wa kimwili - uzito. Uzito ni nguvu ambayo mwili hutumia kunyoosha kusimamishwa au kushinikiza kwenye msaada fulani.
Watu wengi ambao hawajafahamu fizikia hawatofautishi kati ya dhana za uzito na uzito. Wakati huo huo, wao ni maadili tofauti kabisa. Zinapimwa kwa vitengo tofauti (wingi kwa kilo, uzito katika newtons). Kwa kuongeza, uzito sio tabia ya mwili, lakini wingi ni. Walakini, unaweza kuhesabu misa ya mwili m, ukijua uzito wake P. Hii inafanywa kwa kutumia fomula ifuatayo:
m=P / g
Misa ni sifa moja
Ilibainishwa hapo juu kuwa uzito wa mwili unaweza kuwa wa mvuto na usio na usawa. Katika kuendeleza nadharia yake ya uhusiano, Albert Einstein aliendelea kutoka kwa dhana kwamba aina zilizowekwa alama za molekuli huwakilisha sifa sawa ya maada.
Hadi sasa, vipimo vingi vya aina zote mbili za misa ya mwili vimetekelezwa katika hali mbalimbali. Vipimo hivi vyote vilisababisha hitimisho kwamba misa ya mvuto na ajizi inapatana na usahihi wa vyombo vilivyotumiwa kuzibainisha.
Ukuaji wa haraka wa nishati ya nyuklia katikati ya karne iliyopita ulizidisha uelewaji wa dhana ya wingi, ambayo iliibuka kuwa inahusiana na nishati kupitia kasi isiyobadilika ya mwanga. Nguvu na uzito wa mwili ni dhihirisho la kiini kimoja cha maada.
