Номер 1, страница 83, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

Объясните

Объясните, почему вес тела может изменяться, а масса — нет.

Объясните, почему вес тела может изменяться, а масса — нет.

Решение

Для ответа на этот вопрос необходимо чётко разграничить понятия массы и веса, которые в быту часто путают.

Масса ($\text{m}$) — это фундаментальная физическая величина, характеризующая инертные свойства тела (его способность сопротивляться изменению скорости) и его способность создавать и подвергаться воздействию гравитационных полей. Проще говоря, масса — это мера количества вещества в теле. Она является скалярной величиной (не имеет направления) и внутренним, неотъемлемым свойством объекта. Масса тела остаётся постоянной вне зависимости от его местоположения, пока само тело не изменяется (например, не теряет часть своего вещества). Единица измерения массы в системе СИ — килограмм (кг).

Вес ($\text{P}$) — это сила, с которой тело действует на опору или подвес вследствие гравитационного притяжения к планете или другому небесному телу. Вес — это векторная величина, которая имеет и величину, и направление (обычно вниз, к центру гравитационного источника). В простейшем случае, когда тело покоится на горизонтальной поверхности, его вес вычисляется по формуле:

$P = mg$

где $\text{m}$ — это масса тела, а $\text{g}$ — ускорение свободного падения в данной точке.

Из этой формулы следует, что вес тела напрямую зависит от двух величин: его постоянной массы ($\text{m}$) и переменного ускорения свободного падения ($\text{g}$).

Почему масса не меняется?

Масса тела — это его внутренняя характеристика. Она не зависит от внешних сил или местоположения. Объект с массой 70 кг будет иметь массу 70 кг и на Земле, и на Луне, и в межзвездном пространстве.

Почему вес может меняться?

Вес тела, в отличие от массы, может изменяться, потому что может изменяться значение ускорения свободного падения ($\text{g}$), а также из-за наличия других ускорений. Это происходит в нескольких случаях:

1. При перемещении на другое небесное тело. Ускорение свободного падения на поверхности Луны примерно в 6 раз меньше, чем на Земле ($g_{Луны} \approx 1,6$ м/с² против $g_{Земли} \approx 9,8$ м/с²). Поэтому вес любого объекта на Луне будет примерно в 6 раз меньше, чем на Земле, при той же самой массе.

2. При изменении положения на Земле. Значение $\text{g}$ немного отличается на полюсах и на экваторе (из-за вращения Земли и ее формы), а также на разной высоте над уровнем моря.

3. При движении с ускорением. Если тело и его опора (например, пол лифта) движутся с ускорением $\text{a}$, направленным вертикально, его вес изменяется:

- при ускорении вверх вес увеличивается (перегрузка): $P = m(g+a)$;

- при ускорении вниз вес уменьшается (частичная невесомость): $P = m(g-a)$;

- в состоянии невесомости (например, на орбитальной станции, которая находится в состоянии постоянного свободного падения) ускорение тела равно ускорению свободного падения ($a=g$), и вес становится равным нулю: $P = m(g-g) = 0$. При этом масса космонавта остается прежней.

Ответ: Вес тела — это сила, которая зависит не только от его собственной неизменной характеристики — массы, но и от внешних факторов: гравитационного поля в данной точке (которое характеризуется ускорением свободного падения $\text{g}$) и ускорения самого тела. Поскольку эти внешние условия могут меняться (например, на разных планетах или в движущемся лифте), вес тела также меняется. Масса же является внутренней, скалярной мерой количества вещества в теле и его инертности, поэтому она остается постоянной независимо от внешних условий.