Просмотр кода страницы Вес

{{другие значения}}
{{не путать|Масса|массой}}

[[Файл:Gravity anomalies on Earth.jpg|thumb|300 px|[[Гравитационная аномалия|Гравитационные аномалии]] Земли по данным проекта «[[GRACE]]»]]

'''Вес''', согласно [[Операциональное определение|операциональному определению]]<ref name="Galili">{{книга |автор=Igal Galili |часть=The Impact of the Equivalence Principle on Physics Teaching—The Ongoing Opposition in Teaching of Weight-Gravity |заглавие=Teaching-Learning Contemporary Physics From Research to Practice |язык=en |ответственный=Beata Jarosievitz, Csaba Sükösd |издательство=Springer |год=2021 |страницы=109—124 |страниц=285}}</ref> — [[Сила (физическая величина)|сила]], с которой тело действует на опору (или подвес, или другой вид крепления), препятствующую падению, возникающая в поле [[сила тяжести|сил тяжести]]<ref name="ФЭ">{{Книга:Физическая энциклопедия|1|автор= Рудой Ю. Г.|статья= Вес|ссылка=  http://www.femto.com.ua/articles/part_1/0459.html |страницы= 262}}</ref><ref name="Сивухин">{{книга |автор  = [[Сивухин, Дмитрий Васильевич|Сивухин Д. В.]] |заглавие  =Общий курс физики |ответственный = |ссылка  =    |место   =М. |издательство  =Физматлит; Изд-во МФТИ |год =2005 |том =I. Механика |страниц  =560  |страницы   =373 |isbn = 5-9221-0225-7}}</ref>.
Единица измерения веса в [[СИ|системе СИ]] — [[Ньютон (единица измерения)|ньютон]], в [[СГС|системе СГС]] — [[Дина (единица измерения)|дина]].

Традиционное, гравитационное определение понятия, отождествляющее его с силой тяжести, в современной физике является устаревшим в силу общепризнанности [[Специальная теория относительности|специальной теории относительности]], однако продолжает доминировать в школьной программе большинства стран. В советской школьной программе было закреплено операциональное определение<ref name="Galili"/>.

Вес зависит от [[Масса|массы]] тела, [[Ускорение свободного падения|ускорения свободного падения]] и ряда иных факторов (смотря по тому, какое определение используется).

== Терминология и значимость ==
В случае покоящегося в [[Инерциальная система отсчёта|инерциальной системе отсчёта]] тела, его вес <math>\mathbf P</math> равен [[Сила тяжести|силе тяжести]], действующей на тело, и пропорционален [[масса|массе]] <math>m</math> и [[Ускорение свободного падения|ускорению свободного падения]] <math>\mathbf g</math> в данной точке:

: <math>\mathbf P = m \mathbf g.</math>

[[Файл:Gravity on Earth.png|thumb|200 px|Широтное уменьшение силы тяжести {{math|''mg''}}]]
Ускорение свободного падения зависит от высоты над земной поверхностью и — ввиду [[Фигура Земли|несферичности Земли]], а также ввиду её вращения — от [[Географические координаты|географических координат]] точки измерения. В результате [[Суточное вращение Земли|суточного вращения Земли]] существует широтное уменьшение веса: на экваторе вес примерно на {{число|0,3|%}} меньше, чем на полюсах. Другим фактором, влияющим на значение <math>\mathbf g</math> и, соответственно, вес тела, являются [[Гравитационная аномалия|гравитационные аномалии]], обусловленные особенностями строения земной поверхности и недр в окрестностях точки измерения. Если тело находится вблизи другой планеты, а не Земли, то ускорение свободного падения будет определяться массой и размерами этой планеты, наряду с расстоянием между её поверхностью и телом.

При движении системы «тело» — «опора или подвес» относительно [[Инерциальная система отсчёта|инерциальной системы отсчёта]] с [[ускорение]]м <math>\mathbf w</math> вес перестаёт совпадать с силой тяжести<ref name="ФЭ"/>:

: <math>\mathbf P = m ( \mathbf g - \mathbf w).</math>

Например, если ускорение (независимо от скорости) лифта направлено вверх, то вес находящегося в нём груза увеличивается, а если вниз, то уменьшается. Ускорение за счёт вращения Земли не входит в <math>\mathbf w</math>, оно уже учтено в <math>\mathbf g</math>. Состояние отсутствия веса ([[невесомость]]) наступает вдали от притягивающего объекта, либо когда тело находится в свободном падении, то есть при <math>\mathbf g - \mathbf w = 0</math>.

Тело массой <math>m</math>, вес которого анализируется, может стать субъектом приложения дополнительных сил, косвенно обусловленных присутствием гравитационного поля, в том числе [[Закон Архимеда|силы Архимеда]] и [[трение|трения]].

В основном определении, приведённом в преамбуле, отсутствует конкретизация, должны ли учитываться подобные факторы. Не оговорено также, обязательно ли роль опоры-подвеса должно играть упругое твёрдое тело и что если опор несколько. Кроме того, в публикациях встречаются и неэквивалентные дефиниции веса<ref name="Kagan">''И. Е. Каган'' [http://www.alsak.ru/item/l-r-ix-3.html «Вес тела» (IX класс)] {{Wayback|url=http://www.alsak.ru/item/l-r-ix-3.html |date=20161002065757 }} // Фізiка: праблемы выкладання. — 2001. — № 3. — С. 58-74.</ref><ref name="Zador">''С. В. Задорожная'' [https://урок.рф/library/ves_tela_191010.html «Вес тела»] {{Wayback|url=https://xn--j1ahfl.xn--p1ai/library/ves_tela_191010.html |date=20210124183604 }} // Сайт педаг. сообщ. «Урок.рф» (2016).</ref><ref>Во многих иноязычных публикациях вес (см., например, {{статья |заглавие=Weight and weightlessness |издание=[[American Journal of Physics]] |том=30 |страницы=387 |doi=10.1119/1.1942032 |bibcode=1962AmJPh..30..387K |язык=en |автор=Allen L. King |год=1963 |тип=journal}}, также начало [[w:de:Gewichtskraft|немецкой версии статьи]]) синонимизируется с силой тяжести, что в российской педагогике считается ошибкой.</ref>.

Так, при учёте только вклада силы тяжести покоящемуся на наклонной поверхности телу приписывается направленный по нормали к опоре вес <math>mg\cos\alpha</math>, где <math>\alpha</math> — угол наклона<ref name="Zador"/>. Но если учесть ещё и силу трения покоя (а она, по третьему [[законы Ньютона|закону Ньютона]], приложена и к телу, и к опоре), то вектор веса станет равным <math>m \mathbf g</math><ref name="Kagan"/>. Аналогично с [[закон Архимеда|силой Архимеда]]: в жидкости или газе с плотностью <math>\rho</math> на тело действует подъёмная сила <math> \mathbf F_A = -\rho \mathbf g V </math> (где <math>V</math> — объём тела), из-за которой, скажем, воздействие тела на неровное<ref>Неровность нужна для подтекания воды под опору, см. [http://kvant.mccme.ru/1972/12/gidrostatika.htm Л. Г. Асламазов: Гидростатика] {{Wayback|url=http://kvant.mccme.ru/1972/12/gidrostatika.htm |date=20180406135221 }} // Квант. — 1972. — № 12. (с. 57, рис. 9ав).</ref> дно водоёма ослабляется. Если считать жидкость или газ опорой и учитывать (в соответствии с третьим законом Ньютона) действие со стороны тела силы Архимеда на жидкость, вектор веса останется равным <math>m \mathbf g</math>. При подходе, при котором учитывается действие тела на всё, действующее на само тело, вес тела с точностью до знака равен векторной сумме всех сил (кроме силы тяжести), действующих на тело, включая силы Архимеда («жидкая опора»<ref name="Kagan"/>) и трения, при учёте всех имеющихся опор-подвесов совместно.

В английском языке существует частично похожее по звучанию слово «weight», которое в физике означает [[Сила тяжести|силу тяжести]]<ref name="britani">{{cite web|url=https://www.britannica.com/science/weight|title=Weight|lang=en|author=|date=|publisher=[[Британская энциклопедия]]|archive-url=https://web.archive.org/web/20201117033233/https://www.britannica.com/science/weight|archive-date=2020-11-17|accessdate=2020-11-08|deadlink=no|quote=Weight, gravitational force of attraction on an object, caused by the presence of a massive second object, such as the Earth… weight is the product of an object’s mass and either the gravitational field or the acceleration of gravity…}}</ref> <math>m \mathbf g</math>, но в быту имеет и другие значения, в том числе «масса» и «вес». В немецком и французском языках слова, обозначающие силу тяжести, непохожи на русское «вес». В англоязычной литературе для «суммарной» силы воздействия на опору — используют термин «apparent weight», что иногда переводят как «[[кажущийся вес]]». Знание этой величины, например, может помочь оценить способность конструкции удержать изучаемое тело в данных условиях.

В ряде случаев — скажем, в ситуации привязанного на улице шарика, наполненного гелием, если под «опорой» имеется в виду только место крепления без включения атмосферы в понятие опоры — «кажущийся вес» (в англоязычной терминологии) может оказаться направленным против вектора <math>\mathbf g</math> ввиду влияния <math>\mathbf F_A</math>.

Понятие «вес» в физике не является необходимым<ref name="Zubov">''В. Г. Зубов''. Механика. М.: Наука, 1978. — 352 с. // см. [http://know.sernam.ru/book_mech.php?id=74 § 71, с. 176] {{Wayback|url=http://know.sernam.ru/book_mech.php?id=74 |date=20170916054746 }}: «В механике понятие веса является совершенно лишним. Но так как это слово простое, привычное, то им часто пользуются». {{недоступная ссылка|accessdate=2020-09-21}}</ref>. В принципе, можно вообще отменить этот термин и говорить либо о «массе», либо о «силе»<ref name="Canada">The National Standard of Canada, CAN/CSA-Z234.1-89 Canadian Metric Practice Guide, January 1989: 5.7.3. Considerable confusion exists in the use of the term «weight». <…> In scientific and technical work, the term «weight» should be replaced by the term «mass» or «force», depending on the application.</ref> такой-то природы. Использование понятия «вес» во многом связано просто с привычкой<ref name="Zubov"/> и языковыми традициями.

== Измерение ==
Вес можно измерять с помощью пружинных [[Весы (прибор)|весов]], которые могут служить и для косвенного измерения массы, если их соответствующим образом проградуировать; рычажные весы в такой градуировке не нуждаются, так как в этом случае сравниваются массы, на которые действует одинаковое ускорение свободного падения или сумма ускорений в неинерциальных системах отсчёта. При взвешивании с помощью технических пружинных весов вариациями ускорения свободного падения обычно пренебрегают, так как влияние этих вариаций обычно меньше практически необходимой точности взвешивания.

При нахождении в газообразной или жидкой среде измеренный вес тела может отличаться от измеренного при тех же условиях в вакууме из-за уменьшения веса за счёт действия [[Закон Архимеда|силы Архимеда]]<ref name="ФЭ"/>.

== Вес и масса ==
{{Основная статья|Сравнение массы и веса}}
В физике вес и [[масса]] — разные понятия. Вес — [[векторная величина]], сила, с которой тело действует на опору или подвес. Масса — [[скалярная величина]], мера [[Инерция|инертности]] тела (инертная масса) либо «заряд» гравитационного поля (гравитационная масса). У этих величин отличаются и единицы измерения (в СИ масса измеряется в [[килограмм]]ах, а вес — в [[Ньютон (единица измерения)|ньютонах]]). Возможны ситуации с нулевым весом и ненулевой массой одного и того же тела, например, в условиях невесомости у всех тел вес равен нулю, а масса у каждого тела своя. И если в состоянии покоя тела показания весов будут нулевыми, то при ударе по весам тел с одинаковыми скоростями воздействие будет разным (см. [[закон сохранения импульса]], [[закон сохранения энергии]]).

В англоязычном понимании слова «weight» (вес) и «mass» (масса) имеют четкое различие, особенно в научном контексте, и это различие аналогично русскому пониманию этих терминов. Вот как они понимаются:

# '''Weight (вес)''':
#* Вес (weight) — это сила, с которой тело действует на опору или подвес вследствие гравитации. Вес измеряется в ньютонах (N) и зависит от массы тела и ускорения свободного падения (гравитации). Формула для расчета веса: P=mg, где P — вес, m — масса, g — ускорение свободного падения (примерно 9.81 м/с² на Земле).
# '''Mass (масса)''':
#* Масса (mass) — это мера количества вещества в теле. Масса измеряется в килограммах (kg) и не зависит от гравитации. Масса остается постоянной, независимо от того, где находится объект (например, на Земле или на Луне).

Вместе с тем строгое различение понятий веса и массы принято в основном в науке и технике, а во многих повседневных ситуациях слово «вес» продолжает использоваться, когда фактически речь идёт о «массе». Например, мы говорим, что какой-то объект «весит один килограмм», несмотря на то, что килограмм представляет собой единицу массы<ref>Ранее в технике широко использовалась единица силы [[килограмм-сила]] — одна из основных единиц системы [[МКГСС]].</ref>. Кроме того, термин «вес» в значении «масса» традиционно использовался в цикле наук о человеке — в словосочетании «вес тела человека», вместо современного «[[Масса человека|масса тела человека]]». В связи с этим метрологические организации отмечают, что неправильное использование термина «вес» вместо термина «масса» должно прекращаться, и во всех тех случаях, когда имеется в виду масса, должен использоваться термин «масса»<ref>ISO 80000-4:2006, Quantities and units — Part 4: Mechanics. «In common parlance, the name 'weight' continues to be used where 'mass' is meant, but this practice is deprecated.»</ref><ref>{{cite web |url=https://www.nist.gov/pml/weights-and-measures/si-units-mass |title=SI Units: Mass |author= |date= |work=Weights and Measures |publisher=[[NIST]] |accessdate=2016-12-07 |lang=en |archive-date=2016-12-17 |archive-url=https://web.archive.org/web/20161217052816/https://www.nist.gov/pml/weights-and-measures/si-units-mass |deadlink=no }}</ref>.

== История ==
III [[Генеральная конференция по мерам и весам]], проведённая в 1901 году, подчеркнула, что термин «вес» обозначает величину той же природы, что термин «сила». Конференция определила вес тела как произведение массы тела на ускорение, обусловленное гравитационным притяжением. ''Стандартный'' вес тела конференцией был определён как произведение массы тела на ''стандартное'' ускорение, обусловленное гравитационным притяжением. В свою очередь для стандартного ускорения было принято значение {{число|980.665|см/с<sup>2</sup>}}<ref>{{cite web|url=http://www.bipm.org/en/CGPM/db/3/2/|title=Declaration on the unit of mass and on the definition of weight; conventional value of g|author=|date=|work=Resolution of the 3rd CGPM (1901)|publisher=BIPM|accessdate=2015-11-01|lang=en|archive-date=2013-06-25|archive-url=https://www.webcitation.org/6HdfZZ8Yk?url=http://www.bipm.org/en/CGPM/db/3/2/|deadlink=no}}</ref>.

== Примечания ==
{{примечания|2}}

== См. также ==
[[Файл:Вес тела.webm|thumb|Видеоурок: вес тела]]
{{wiktionary|вес}}
* [[Масса]]
* [[Геоид]]
* [[Гравиметрия (геодезия)|Гравиметрия]]
* [[Фигура Земли]]
* [[Весы]]

{{Внешние ссылки}}
{{Силы, действующие на самолёт}}

[[Категория:Сила]]