Номер ?3, страница 157, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 4. Силы вокруг нас. Параграф 42. Лабораторные и исследовательские работы. Вопросы для обсуждения - номер ?3, страница 157.

Условие.

Гирю массой 1 кг взвешивают на пружинных и рычажных весах сначала на Земле, а затем на Луне. Одинаковы ли будут показания весов? Можно ли гирю взвесить на орбитальной космической станции?

Решение.

Решение

Для полного ответа на этот вопрос необходимо различать понятия массы и веса. Масса ($\text{m}$) — это внутренняя характеристика тела, мера его инертности. Масса гири составляет 1 кг и является постоянной величиной, не зависящей от ее местоположения. Вес ($\text{P}$) — это сила, с которой тело вследствие гравитационного притяжения действует на опору или подвес. Вес зависит от ускорения свободного падения ($\text{g}$) в данном месте и вычисляется по формуле $P = mg$.

Одинаковы ли будут показания весов?

Результат взвешивания будет зависеть от типа весов.

1. Пружинные весы. Принцип их работы основан на законе Гука: растяжение пружины прямо пропорционально приложенной к ней силе. Эти весы измеряют вес тела. Ускорение свободного падения на Земле ($g_З \approx 9,8 \, \text{м/с}^2$) примерно в 6 раз больше, чем на Луне ($g_Л \approx 1,62 \, \text{м/с}^2$).

Вес гири на Земле: $P_З = m \cdot g_З = 1 \, \text{кг} \cdot 9,8 \, \text{м/с}^2 = 9,8 \, \text{Н}$.

Вес гири на Луне: $P_Л = m \cdot g_Л = 1 \, \text{кг} \cdot 1,62 \, \text{м/с}^2 = 1,62 \, \text{Н}$.

Поскольку вес гири на Луне значительно меньше, чем на Земле, показания пружинных весов будут разными. На Луне весы покажут значение примерно в 6 раз меньше.

2. Рычажные весы. Эти весы сравнивают массу взвешиваемого тела с массой эталонных гирь (разновесов). На одну чашу весов кладут тело, а на другую — эталоны, добиваясь равновесия. Условие равновесия для весов с равными плечами: вес первого тела равен весу второго.

$P_1 = P_2$

$m_1 \cdot g = m_2 \cdot g$

Как видно из формулы, ускорение свободного падения ($\text{g}$) сокращается. Равновесие наступает, когда массы на обеих чашах равны ($m_1 = m_2$). Таким образом, рычажные весы измеряют массу, а не вес. Поскольку масса гири не меняется, показания рычажных весов будут одинаковыми и на Земле, и на Луне — они покажут 1 кг.

Ответ: Нет, показания весов будут различными в зависимости от их типа. Пружинные весы, измеряющие вес, на Луне покажут значение примерно в 6 раз меньше, чем на Земле. Рычажные весы, измеряющие массу, покажут одинаковое значение (1 кг) в обоих случаях.

Можно ли гирю взвесить на орбитальной космической станции?

Орбитальная станция вместе со всем, что находится внутри нее, непрерывно "падает" на Землю, двигаясь по орбите. Это состояние называется невесомостью. В условиях невесомости вес любого тела равен нулю.

Пружинные весы, помещенные в такое состояние, покажут ноль, так как гиря не будет оказывать на пружину никакого воздействия.

Рычажные весы также не будут работать. Для их функционирования необходимо, чтобы сила тяжести действовала на обе чаши, создавая вращающий момент. В невесомости ни взвешиваемая гиря, ни эталонные разновесы не имеют веса, поэтому они не смогут наклонить коромысло весов.

Ответ: Нет, взвесить гирю на орбитальной космической станции с помощью обычных пружинных или рычажных весов невозможно. В состоянии невесомости вес тел равен нулю, поэтому приборы, работа которых основана на измерении или сравнении веса, не будут функционировать.