Greutate aparentă

Greutatea aparentă a unui obiect este măsura forței de reacție la atracția gravitațională, pentru a fi distinsă de greutatea reală, care este măsura forței gravitaționale aplicate acelui obiect. De obicei, este măsura forței de constrângere a solului care se opune accelerației gravitaționale și susține obiectul împiedicându-l să cadă.

Un dinamometru sau un arc de măsurare măsoară greutatea aparentă.

Greutatea aparentă a unui obiect este egală cu greutatea sa reală, cu excepția cazului în care și alte forțe non-gravitaționale acționează asupra obiectului ( flotabilitate , inerțial , ...)

Obiecte în repaus

Presupunând că un corp are o masă de 65 kg și rămâne nemișcat pe podea, gravitația îl va împinge în jos cu o forță egală cu:

F _grav	= mg
	= 65 kg × 9,81 m / s ²
	= 637,65 N

unde m este masa și g este accelerația datorată gravitației .

Prin definiție, F _grav , forța gravitației, este greutatea reală a corpului.

Având în vedere că corpul este în repaus și având în vedere un caz ideal de absență a atmosferei și a forțelor aparente, nu se cheltuiește energie, astfel încât rezultatul forțelor trebuie să se anuleze. Prin urmare, trebuie să existe o reacție de constrângere care să contrasteze exact forța gravitațională. În acest caz, greutatea aparentă și reală sunt identice.

Diferența esențială este că gravitația este o forță la o distanță care acționează în întregul corp, în timp ce reacția de constrângere este o forță de contact și acționează numai pe suprafața obiectului. Gravitația exercită apoi presiune asupra obiectului și asupra acestuia și o apasă pe suportul de legare.

Obiect accelerat

Dacă un obiect accelerează, greutatea sa aparentă poate crește sau scădea.

Să luăm din nou în considerare un corp într-un lift care coboară cu o accelerație de 3m / s ² .

Să luăm un cadru de referință orientat în jos. Accelerațiile descendente vor fi pozitive și negative în sus.

F _gravitația forța gravitației, pozitivă
F _normal reacția de constrângere exercitată de podea, negativă
F _{net este} forța _netă aplicată corpului, în acest caz pozitivă

asa de:

F _net	= dar
	= 65 kg × 3 m / s ²
	= 195 N

F _gravitație - F _normală	= F _net
	= -195 N

Amintiți-vă că _gravitația F = 637 N

637 N + F _normal = 195 N

asa de

F _normal = -442 N

Prin urmare, forța normală de constrângere este de -442 N (orientată în sus), ceea ce reprezintă greutatea aparentă a corpului. Prin urmare, corpul a pierdut aproximativ 30% din greutatea sa, în ciuda greutății sale reale care a rămas aceeași.

Putem exprima conceptul prin formula:

F _normal = m ( a - g )

Să examinăm acum rezultatele pentru diferite valori ale unui:

când a = 0 avem acel F _normal = - mg (minusul indică faptul că forța este îndreptată în sus)

Pentru valori mai mari decât a (accelerație descendentă), valoarea absolută a F _normal scade (ignorând semnul), care este echivalentă cu o scădere a greutății aparente. Pe de altă parte, pentru valorile negative ale unei (accelerații ascendente), greutatea aparentă a corpului crește.

Cădere liberă

Greutatea aparentă scade odată cu creșterea accelerației în jos, până când nu este egală cu g. Greutatea aparentă a corpului este atunci zero. În acel moment, podeaua liftului nu mai oferă niciun fel de reacție de sprijin sau constrângere, corpul este în cădere liberă . În timpul căderii libere, corpul se află în apăsare.

Dincolo de căderea liberă

Dacă a crește dincolo de g , formula ne arată că F _normal devine pozitiv , ceea ce înseamnă că forța de constrângere îndreaptă acum în jos, corpul s-a deplasat către tavanul ascensorului reacționând la forța impusă asupra acestuia, tavanul a devenit noul podea pentru corp.

Accelerarea într-o direcție arbitrară

În general se poate spune că greutatea aparentă a unui obiect este dată de masa înmulțită cu diferența dintre accelerația gravitațională și accelerația obiectului. Această afirmație implică faptul că rezultatul care generează greutatea nu va fi neapărat vertical, ci poate indica în orice direcție. Dacă, de exemplu, suntem în interiorul unei rachete cu accelerație orizontală g , rezultatul acționează la un unghi de 45 ° față de normal.

Greutatea aparentă a unui obiect sub influența a două forțe arbitrare $\mathbf {F} _{1}$ ${\ displaystyle \ mathbf {F} _ {1}}$ ${\ displaystyle \ mathbf {F} _ {1}}$ , Și $\mathbf {F} _{2}$ ${\ displaystyle \ mathbf {F} _ {2}}$ ${\ displaystyle \ mathbf {F} _ {2}}$ , în cel mai general caz se poate măsura prin suma vectorială :

F ₁	= [F _1x , F _1y , F _1z ]
F ₂	= [F _2x , F _2y , F _2z ]
F _net	= F ₁ + F ₂
	= [F _1x + F _2x , F _1y + F _2y , F _1z + F _2z ]

În cazul specificat mai sus, $\mathbf {F} _{1}$ ${\ displaystyle \ mathbf {F} _ {1}}$ ${\ displaystyle \ mathbf {F} _ {1}}$ este forța de greutate (pe care o luăm pozitivă, același cadru de referință ca și pentru lift) e $\mathbf {F} _{2}$ ${\ displaystyle \ mathbf {F} _ {2}}$ ${\ displaystyle \ mathbf {F} _ {2}}$ este accelerația datorată rachetei $\mathbf {m*a} _{c}$ ${\ displaystyle \ mathbf {m * a} _ {c}}$ ${\ displaystyle \ mathbf {m * a} _ {c}}$ (luăm și pozitiv).

Ecuația devine apoi:

F _gravitație	= [0, mg, 0]
F _mașină	= [m * a _c , 0, 0]
F _net	= _Gravitație F + _mașină F
	= [m * a _c , mg, 0]

Care reprezintă cel mai general caz, se poate deduce că un obiect sub influența a n accelerații diferite are o greutate aparentă de:

F _net	= $m\sum _{i=0}^{n}\mathbf {a} _{i}$ ${\ displaystyle m \ sum _ {i = 0} ^ {n} \ mathbf {a} _ {i}}$ ${\ displaystyle m * \ sum _ {i = 0} ^ {n} \ mathbf {a} _ {i}}$
	= $m[\sum _{i=0}^{n}\mathbf {a} _{ix},\sum _{i=0}^{n}\mathbf {a} _{iy},\sum _{i=0}^{n}\mathbf {a} _{iz}]$ ${\ displaystyle m [\ sum _ {i = 0} ^ {n} \ mathbf {a} _ {ix}, \ sum _ {i = 0} ^ {n} \ mathbf {a} _ {iy}, \ sum _ {i = 0} ^ {n} \ mathbf {a} _ {iz}]}$ ${\ displaystyle m * [\ sum _ {i = 0} ^ {n} \ mathbf {a} _ {ix}, \ sum _ {i = 0} ^ {n} \ mathbf {a} _ {iy}, \ sum _ {i = 0} ^ {n} \ mathbf {a} _ {iz}]}$

Plutire

Greutatea aparentă este redusă prin flotabilitate , care apare atunci când un obiect este scufundat într-un fluid.

Acest efect este diferit de cel al accelerației într-un lift. Un obiect scufundat într-un lichid primește o împingere ascendentă pe întreaga sa suprafață. Acest lucru poate crea o pseudo imponderabilitate (atunci când obiectul plutește). Nu putem vorbi de imponderabilitate, deoarece în interiorul obiectului forța gravitațională continuă să existe și apasă în jos toate părțile care nu sunt în contact cu lichidul.

Obiectele suferă în general o forță de flotabilitate și în aer, astfel încât greutatea aparentă măsurată mai întâi trebuie să ia în considerare și această corecție, obținând o valoare mai mică.

Densitatea aerului este de aproximativ 1,2 kg / m ³ . Obiectele care au o densitate mult mai mare vor prezenta mici variații ale greutății aparente. Pentru un obiect cu aceeași densitate ca apa (aproximativ 1000 kg / m ³ ) efectul este de 0,12%. Cu toate acestea, există și obiecte cu o densitate mai mică decât aerul (un balon de heliu , He ) vor avea o greutate aparentă negativă și, prin urmare, vor încerca să se ridice în aer.

Alti factori

În general, orice forță care se opune mișcării poate genera o greutate aparentă.

Forța centrifugă : pentru a permite astronauților să supraviețuiască perioade lungi de timp în spațiu, este necesar să recreăm o gravitație artificială. Acest lucru este posibil datorită structurilor rotative mari; în interiorul unui inel, astronauții sunt împinși spre centru de o forță centripetă, care permite obținerea unei greutăți aparente diferite de zero.

Forțe de maree : dacă câmpul gravitațional în care este scufundat un corp nu este uniform, un obiect non-punct va suferi diferite forțe gravitaționale de atracție în diferitele puncte care îl compun. Acest mecanism stă la baza forțelor mareelor .

Câmp magnetic : câmpuri magnetice puternice pot contracara forța gravitațională și pot, de asemenea, să leviteze obiecte precum trenurile maglev .

Portalul mecanicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de mecanică