Масса и вес: почему 0,5 кг — не 0,5 Н

История одной тележки

Мы продолжаем историю тележки из блока «Движение и графики». Теперь спрашиваем не только «как она двигалась?», но и «какие тела изменили её движение?». Каждый новый термин сначала свяжем с наблюдаемой сценой. На опорной карте показаны заданные учебные числа: они не заменяют ваше измерение.

На тележке написано «0,5 кг». На Земле её тянет вниз притяжение. Но килограмм и ньютон не взаимозаменяемы. Попробуйте представить ту же тележку на Луне: её масса почти та же, а притяжение меньше. Поэтому надпись на упаковке и показание силомера отвечают на разные вопросы. В нашей лаборатории мы остаёмся на Земле и берём удобное приближение.

Что означают слова

Масса m характеризует инертность тела и измеряется в килограммах, кг. Сила тяжести — сила притяжения Земли к телу; вблизи поверхности она примерно F₉ = mg. Здесь g — ускорение свободного падения, около 9,8 Н/кг; для устного учебного счёта возьмём 10 Н/кг. Вес в строгом смысле — сила, с которой тело действует на опору или подвес. У покоящейся тележки на горизонтальном столе модуль веса равен силе тяжести, но это разные силы на разных телах. Стол действует на тележку вверх.

Проверяем числа и границы

Учебная масса m = 0,5 кг. При g ≈ 10 Н/кг сила тяжести F₉ ≈ 0,5 кг × 10 Н/кг = 5 Н вниз. Стол удерживает неподвижную тележку силой 5 Н вверх при отсутствии иных вертикальных воздействий. При точном g ≈ 9,8 Н/кг получилось бы около 4,9 Н. Округление надо объявить заранее.

Попробуйте сами

Сделайте две карточки: «тело: тележка; сила Земли вниз» и «тело: стол; сила тележки вниз». На отдельной карточке запишите «тело: тележка; сила стола вверх». Сравните направления и не смешивайте получателей. Посчитайте силу тяжести для 1 кг сначала с g = 10 Н/кг, затем с 9,8 Н/кг.

Типичная ловушка

Не называйте 0,5 кг силой. И не рисуйте вес и силу тяжести как две одинаковые силы, обе приложенные к тележке: вес действует на опору.

Опорная карта

Проверка без подсказки

Закройте расчёт рукой. Назовите тело, к которому приложены силы, их источники и выбранное положительное направление. Потом восстановите арифметику с единицами. Смените одно исходное число и расскажите, какой вывод изменится. Если реального опыта не было, в журнале пишите «учебная модель».

Запись в журнал

Запишите четыре строки: «Что я видел?», «Что было задано?», «Что вычислил?», «Какие условия нужны для такого вывода?». Так вы отделите наблюдение от модели и сможете позже проверить собственную ошибку.

Следующий урок: Равные силы и инерция: почему движение не требует постоянного толчка