Question

Современное понятие веса, не урезано ли?

Вопрос навеян спорами вокруг ответов на некоторые вопросы этого проекта. Поскольку в ТЕХ вопросах, в основном отвечали и спорили дилетанты вроде меня, то хотелось бы, кроме мнения дилетантов, узнать и мнения профессиональных физиков в ответах на ЭТОТ вопрос. Желательно, что бы физики оговаривали бы в ответах свою принадлежность к данной науке, что бы было понятно, какое же мнение является мнением знатока. Конечно же, и дилетанты вроде меня могут высказать свою точку зрения, но все же не хочется плодить наши дилетантские мысли типа:

«Вес - это сила, с которой тела притягиваются к Земле»,

«Вес тела всегда равен силе тяжести»,

«Вес тела есть всегда в соответствии с законом всемирного тяготения»,

«Но, под воздействием своего веса она (МКС) падает на поверхность Земли»,

«Но, невесомости в космосе нет, вес есть всегда»,

или вот еще перл «превосходящий» все ранее сказанные «Посчитал еще ради интереса, что если прыгнуть строго на запад, то весить буду во время прыжка на 5 грамм меньше, а на восток на пять грамм больше))»

Суть вопроса сводится к следующему: « Насколько верно сегодня увязывать понятие «вес» только с силой тяжести». И в школе и, например, в Википедии вес определяется примерно так: « Вес-сила воздействия тела на опору (или подвес, или другой вид крепления), возникающая в поле сил тяжести». Полагаю, что такое определение веса было допустимым до начала ХХ века. Но ведь уже первые полеты самолетов практически показали, что вес зависит не только от силы тяжести. Ну, а сегодня буквально каждый старт ракеты в космос убеждает нас в этом. В самом деле, во время подъема ракеты носителя космонавты испытывают многократные перегрузки. Т.е. начинают ВЕСИТЬ во много раз больше, нежели перед стартом. И лишь одно g из всех перегрузок вызвано силой тяжести. Остальные 3 – 5g вызваны исключительно ускоренным движением ракеты. И не будь при старте силы тяжести, то эти трех-пяти кратные перегрузки все равно бы были. И, следовательно, космонавты ВЕСИЛИ бы в 3-5 раз больше, чем в поле тяжести до старта. Так причем же, в общем случае, сила тяжести? Не пришло ли время определять «вес» для общего случая и лишь, как частный случай упоминать о весе, вызванном силой тяжести.

Answer 1

Поднятый вопрос свидетельствует о том, что дискуссия между физиками, начатая с 1960-х годов, какое определение давать весу, как силы, обусловленной действием силы тяжести или как определённой напрямую актом взвешивания, так ничем и не закончилась.

Существующее номинальное определение, увязанное с полем сил тяжести, из-за размытости её формулировки вносит невольное смешение понятия веса с понятием силы тяжести. И следствием каши в голове по причине правильно и неправильно усвоенных двух терминов из школьного курса физики становится нудное объяснение, объясняется, что вес из-за вращения Земли меньше у полюсов и больше на экваторе, при одной и той же силе тяжести, а невесомость на МКС появляется вследствие компенсации силы тяжести центробежной силой при вращении МКС. И, конечно в ракете, двигающейся в фазе ускорения с g=9,8 м/с^2, действие сил инерции ничем не отличается от воздействия массы тела на опору, находящуюся на Земле.

Возможно, что высоколобые физики не хотят давать более чёткого определения, потому что у них самих эти хитросплетения не вызывают затруднений, а сложность их понимания порождают хоть какой-то интерес к физике вне школьных стен.

Answer 2

На тела действует сумма сил. Вес, который определяется силой тяжести m*g - лишь одна из них. И вес вовсе не равен силе реакции опоры.

В случае с самолетом опорой становится воздух.

В случае с космонавтами, на них действует ускорение, возникающее из-за реакции опоры (кресла, в котором они сидят). Реакция опоры равна сумме веса и инерциальной силы m*a. Весят космонавты, все так же, m*g. Когда они попадают на орбиту, они все равно весят m*g1, где g1- это ускорение свободного падения на орбите. Но этот вес уравнивается центробежной силой инерции.

Не думаю, что вес нужно как-то по-другому определять, нежели как он уже определен.

А насчет принадлежности к физикам, то физики-теоретики уже динамику изучают постольку-поскольку. У них более глобальные идеи в головах, а динамика- давно пройденный этап. Увязывать волны гравитации с электрическим взаимодействием- это совсем не то же самое, что рассчитывать скорость падения пера в сосуде с откачанным воздухом.

Answer 3

Вот что по этому поводу говорить Большая Российская энциклопедия (источник, согласимся, не менее авторитетный, чем Википедия или любой из тут тусующихся):

Как по мне, тут всё объяснено исчерпывающим образом. Для неподвижного (относительно Земли) тела вес, да, равен силе притяжения (mg), потому что для неподвижного тела все действующие на него силы уравновешивают друг друга, в частности, сила притяжения уравновешивается реакцией опоры. Если тело движется - его запустили на орбиту или сунули в центрифугу, - то вес уже не равен силе притяжения. Но в любом случае вес есть характеристика взаимодействия тела и опоры, а не тела и Земли.

Если реакции опоры нет (тело падает с крыши вниз или мотается на орбите), то нет и веса (невесомость).

Answer 4

Уже был похожий вопрос, в котором автор задавался справедливо им, не всё так просто..

Схема объяснения Ньютона возникновении невесомости такова, проведём мысленный эксперимент: мы стреляем из пушки, например с углом возвышения ствола в 45 градусов, (при этом теоретическая дальность максимальна)..

Увеличивая всё время количество заряд пороха из опыта в опыт мы увеличиваем дальность и поскольку Земля имеет форму, близкую к шару (точнее к форме Земля - это геоид), то при определённом заряде снаряд, вылетевший из ствола не упадёт на поверхность Земли, но обогнув его будет летать вокруг земного шара, бесконечно падая на него..

А вся непонятность данного вопроса из поколения в поколения состоит в том, что непосредственно сила тяжести обычно не регистрируется, она обнаруживается через наличие силы реакции опоры.. Именно вес по Ньютону есть сила реакции опоры, при падении из-под ног космонавта уходит всё время пол, нет реакции опоры, значит невесомость..

Именно так и работают все пружинные весы (или тензорные-в электронных моделях): сила гравитации давит на поверхность, а по третьему закону Ньютона появляется сила реакции опоры, равная силе гравитации и уравновешивает её..

И здесь будет интересный эффект: на полюсах и на экваторе пружинные весы будут показывать разное значение, а вот рычажные - не будут, поскольку здесь сравнивается отношение груза и гирь..

Так что космонавт, летающий внутри корабля, находящегося на орбите будет находится в поле гравитации Земли, но поскольку он и пол корабля падают с одинаковым ускорением (вспомним опыты Галилея!), то космонавт не будет давить ногами на пол и не будет силы реакции опоры и значит налицо невесомость..

Подобное можно почувствовать например в идущем вниз лифте (это чувствуют даже внутренние органы в животе):)

А вот теперь самое интересное, вы не одиноки в своём сомнении!: такой же вопрос задавал себе Эйнштейн..

Почему же космонавт на орбите, находясь в гравитационном силовом поле его не чувствует??

Налицо противоречие: есть поле, но нет силы!!

Здесь ответ кроется в одном из фундаментальных принципах: равенстве инерционной и гравитационной масс! Это сделал ещё Ньютон, но при этом никак это не обосновал, если применить второй закон Ньютона к телу в гравитационном поле например Земли и приравнять ma=gmM/r^2, то ускорение свободного падения будет постоянно и зависит не от массы падающего тела, а от параметров планеты Земля (если не учитывать сопротивление воздуха и прочее)..

Это связано с тем, что мы приравняли гравитационную и инерционную массы!

И тогда Эйнштейн ввёл понятие эквивалентности гравитационной и инерционной масс и это был фундаментальный принцип ОТО!

Т.е. инерционная и гравитационная массы имеют разную природу, но они равны (сейчас в результате опытов доказано, что с большой степенью точности это так)..

И дальше следующий шаг: гравитационное и инерционное действие на тело не различимо принципиально!!

Это значит, что в тело, двигающееся с ускорением под действием внешних сил и тело, находящееся под воздействием гравитации ведут одинаково!

И тут по ОТО и есть объяснение невесомости: космонавт на орбите находится под воздействием инерции и гравитации, они уравновешиваются и это и есть невесомость..

Так что одно и то же явление в классической механике и ОТО объясняется по разному..

Далее Эйнштейн ввёл мысленный опыт с вращающимся твёрдым диском: если предположить, что диск вращается с субсветовой скоростью, то его периметр будет сокращаться (поскольку согласно СТО тела в направлении движения сокращаются), а вот в радиус диска будет не изменен!!!

Отсюда следует, что диск будет деформироваться наподобие кувшина..

И последний шаг: вращающийся диск испытывает ускорения, что локально эквивалентно гравитации..

Так что ваши сомнения в объяснении такого явления как невесомость не беспочвенны, просто вы всё время имели дело с классическим объяснением этого явления, но вот Эйнштейн также задавался вопросом относительно этого и основал ОТО!!

Answer 5

Взвешивание производится на весах любого типа для определения веса объекта в состоянии почти абсолютного покоя на Земле. Другие варианты не рассматриваются. Космонавтов не сажают на весы в ракете, а просто пересчитывают их массу с учётом ускорения. На луне Марсе, и других планетах тоже не взвешивают, а просто пересчитывают массу, относительно притяжения небесного тела.

Вес, весы, взвешивание однокоренные слова и не рассматриваются с точки зрения свободного падения, ускорения или притяжения на других планетах. Вес продуктов может изменяться в сторону увеличения при впитывании воды или наоборот уменьшаться при усыхании. Вес твёрдых тел не увеличивается и не уменьшается при увеличении или уменьшении температуры. Изменяется их удельный вес и не более того.

Прыгающего мальчика на запад или на восток никто взвешивать не будет, для этого потребуются специальные измерительные приборы, а выглядит это глупо, достойно учёных Лапуты из романа Свифта.

При определении всяких нонсенсов типа невесомости или свободного падения слово "вес" не используется, а используется слово "масса", как физический термин. Точно так же и в формулах.

Если кто-то заявит, что при скорости приближающейся к скорости света вес стремится к бесконечности, я его тут же поправлю: "Не вес, а масса". Моё мнение вес - это эмпирическое определение и понятие, а масса физическое и рассчитывается по формуле "E=mc2", где буква "m", подразумевает массу, а не вес.

Вот таковы рассуждения дилетантки от физики.

Answer 6

Дело в том, что вес - это только сила. А масса - это более широкое физическое понятие, которое участвует и в таких понятиях, как вес. И как мера инерции тела в определении импульса движения. А также в понятиях кинетической и потенциальной энергии.