Gewicht (fysiek)

Dit artikel legt de betekenis van gewicht in de natuurkunde uit. Daar vindt u de definitie van gewicht, hoe het gewicht van een voorwerp wordt berekend en wat het verschil is tussen gewicht en massa. Tenslotte kun je trainen met stapsgewijze bodybuilding-oefeningen.

Wat is gewicht in de natuurkunde?

In de natuurkunde is het gewicht van een lichaam de zwaartekracht die op dat lichaam inwerkt. Over het algemeen verwijst het begrip gewicht naar de zwaartekracht die de aarde uitoefent op een bepaald object, maar het kan ook verwijzen naar die van een andere planeet.

Omdat gewicht dus een kracht is, is het een vector met een module, een richting, een richting en een toepassingspunt. Hieronder zullen we zien hoe we de gewichtswaarde kunnen vinden, maar de richting zal altijd verticaal zijn, de richting zal naar beneden zijn en het toepassingspunt zal overeenkomen met het zwaartepunt van het lichaam.

Zoals je kunt zien, moeten we in de natuurkunde onderscheid maken tussen gewicht en massa , omdat de betekenis van deze twee termen in het dagelijks leven wordt misbruikt. Hieronder heb je de verschillen tussen gewicht en massa van een lichaam gedetailleerd uitgelegd.

Het symbool voor gewicht in de natuurkunde is de letter P, dus de pijl die de kracht van het gewicht van een lichaam vertegenwoordigt, wordt aangegeven door de letter P ernaast te plaatsen.

Omdat het een kracht is, is de meeteenheid voor gewicht de newton en wordt uitgedrukt met de letter N. Het gewicht van een persoon die 50 kg weegt, is bijvoorbeeld ongeveer 490 N.

Hoe het gewicht in de natuurkunde te berekenen

In de natuurkunde is de formule voor het gewicht van een lichaam gelijk aan de massa van dat lichaam vermenigvuldigd met de zwaartekracht van de ster die de zwaartekracht uitoefent. Om de gewichtskracht te berekenen waarmee een planeet een lichaam aantrekt, moet daarom de massa van het lichaam worden vermenigvuldigd met de zwaartekracht van de planeet.

De formule die wordt gebruikt om het gewicht van een object te berekenen is dus:

Houd er rekening mee dat de zwaartekracht op aarde 9,81 m/ ^s2 bedraagt.

Om de formule voor de gewichtskracht aan te tonen, gaan we uit van de algebraïsche uitdrukking waarmee we de zwaartekracht kunnen berekenen die door een lichaam op een ander lichaam wordt uitgeoefend:

De formule voor de zwaartekracht is echter precies de universele zwaartekrachtconstante (G) vermenigvuldigd met de massa van het hemellichaam (M) gedeeld door het kwadraat van de afstand tussen het middelpunt van het hemellichaam en zijn oppervlak (r ² ):

Door de ene uitdrukking door een andere te vervangen, komen we dus tot de gewichtsformule:

Verschil tussen gewicht en massa

Gewicht en massa zijn twee verschillende concepten in de natuurkunde. Massa is de hoeveelheid materie die een lichaam heeft en wordt gemeten in kilogram (kg), terwijl gewicht de zwaartekracht is die een ster op een lichaam uitoefent en de meeteenheid de newton (N) is.

Een persoon die bijvoorbeeld 70 kg weegt, heeft op aarde een gewicht van 686,7 N. Het gewicht van dezelfde persoon op de maan is echter 113,4 N, hoewel hun massa hetzelfde blijft.

Daarom, als we vragen: „Hoeveel weeg je?“ » Om iemands massa te kennen, zouden we eigenlijk moeten vragen: „Wat is jouw massa?“ »

Een ander verschil tussen gewicht en massa is het instrument dat nodig is om de eigenschap te meten. Gewicht wordt gemeten met een rollenbank, terwijl massa wordt gemeten met een weegschaal.

Ook is massa een eenvoudig getal, maar gewicht is een vector omdat het een kracht is. Dus, zoals elke vector, heeft gewicht een richting, een betekenis, een grootte en een toepassingspunt.

Opgeloste gewichtsoefeningen

Oefening 1

Bereken het gewicht op aarde van een object met een massa van 45 kg. Gebruik de waarde g=9,81 m/s ² als de zwaartekracht van de aarde.

Om het gewicht van een object te bepalen, past u eenvoudigweg de bijbehorende formule toe, namelijk:

Nu vervangen we de gegevens van de massa van het object en de zwaartekracht van de aarde in de formule en berekenen het gewicht:

Oefening 2

Het gewicht van een lichaam op aarde is 650 N, wat is de equivalente massa van dit gewicht op Mars? Feiten: De zwaartekracht op Mars bedraagt 3721 m/s ² .

Om dit fysieke probleem met betrekking tot het gewicht op te lossen, moeten we de hierboven uitgelegde formule gebruiken:

In dit geval kennen we de waarde van gewicht en zwaartekracht en willen we de massa van het lichaam weten, dus lossen we eerst de massa op met de formule:

En ten slotte vervangen we de gegevens in de formule om de massa van een gewicht van 650 N op Mars te vinden:

Oefening 3

Gegeven een stijf lichaam met een massa van 12 kg, opgehangen aan twee touwen waarvan de hoeken in de volgende figuur worden weergegeven, bereken dan de kracht die elk touw moet uitoefenen om het lichaam in evenwicht te houden.

Het eerste dat we moeten doen om dit soort problemen op te lossen, is het vrije lichaamsdiagram van de figuur tekenen:

Merk op dat er eigenlijk maar drie krachten op het hangende lichaam inwerken: de kracht van het gewicht P en de spanningen van de snaren T ₁ en T ₂ . De krachten die T _1x , T _1y , T _2x en T _2y vertegenwoordigen, zijn respectievelijk de vectorcomponenten van T ₁ en T ₂ .

Omdat we dus de hellingshoeken van de snaren kennen, kunnen we de uitdrukkingen vinden voor de vectorcomponenten van de spankrachten:

Aan de andere kant kunnen we de gewichtskracht berekenen door de zwaartekrachtformule toe te passen:

De probleemstelling vertelt ons dat het lichaam in evenwicht is, dus de som van de verticale krachten en de som van de horizontale krachten moet gelijk zijn aan nul. We kunnen dus de krachtvergelijkingen vaststellen en deze gelijk stellen aan nul:

We vervangen nu de componenten van de spanningen door hun eerder gevonden uitdrukkingen:

En ten slotte lossen we het stelsel vergelijkingen op om de waarde van de krachten T ₁ en T ₂ te verkrijgen:

De reeks krachten die op het hele systeem inwerken, zijn dus:

De probleemstelling vertelt ons dat het krachtensysteem in evenwicht is, dus de twee lichamen moeten in evenwicht zijn. Op basis van deze informatie kunnen we de evenwichtsvergelijkingen van de twee lichamen voorstellen:

Nu passen we de zwaartekrachtformule toe en vereenvoudigen we de vergelijking:

Ten slotte vervangen we de gegevens en lossen we de massa van lichaam 1 op: