Svoris (fizika) – apibrėžimas, skirtumas nuo masės ir matavimo būdai

Svoris (fizika): aiškus apibrėžimas, skirtumai nuo masės ir praktiniai matavimo būdai. Sužinokite, kaip teisingai matuoti ir suprasti svorį.

Svoris fizikoje apibrėžiamas kaip vietinio gravitacinio lauko jėgos, veikiančios objektą, intensyvumo matas. Kitaip sakant, svoris yra gravitacinė jėga, kuria masyvus kūnas traukiamas link kito kūno (dažniausiai — planetos) centro. Pavyzdžiui, mažų objektų Žemėje svorio jėga paprastai nukreipta į planetos centrą, o didesnių kūnų, pvz., aplink Žemę skriejančio Mėnulio, jėga kryptį lemia jungtinės sistemos masės centrą.

Masė ir svoris — koks skirtumas?

Masė ir svoris yra glaudžiai susijusios, bet skirtingos sąvokos. Masė yra objekto medžiagos kiekio matas ir yra susijusi su inercija (kiek kūnas priešinasi greičio kitimui). Materijos kiekis matuojamas, pavyzdžiui, kilogramais. Svoris — tai gravitacinė jėga, veikianti tą masę, ir SI vienetas yra niutonai (N).

Praktikoje žmonės dažnai vartoja terminus painiai: daikto „svoris“ kasdienėje kalboje dažnai nurodomas kilogramais ar svarais, kurie iš tiesų yra masės vienetai. Istoriškai svoris buvo matuojamas Žemės paviršiuje, kur svoris yra tiesiog proporcingas masei, todėl objektai su vienoda mase turėdavo vienodą svorį. Dėl to įprasta vartoti žodžius „masė“ ir „svoris“ kaip sinonimus, tačiau fizikoje jie nėra tas pats dalykas.

Matematinė išraiška ir įprasti variantai

Gravitacinė jėga (svoris) klasikiniu atveju aprašoma lygtimi (vektorinis pavidalas):

F = m · g,

kur m yra masė, o g — vietinis gravitacinis pagreitis (gravitacinio lauko intensyvumas). Įprastas Žemės paviršiaus vertės dydis yra apie g ≈ 9,81 m/s², tačiau jis kinta priklausomai nuo aukščio, platumos ir vietinių žemės masių pasiskirstymo. Todėl to paties objekto svoris skirtingose planetose arba net skirtingose Žemės vietose gali skirtis (pvz., Mėnulyje g ≈ 1,62 m/s² — svoris apie 1/6 Žemės).

Akivaizdi ir tikroji svorio reikšmė (aplinkos jėgos)

Fizikoje galima skirti:

• Gravitacinį (tikrąjį) svorį — tiesioginę gravitacinę jėgą, kurią kūnui taiko masyvus traukiantysis objektas (F = m g).
• Akivaizdųjį (aparentinį) svorį — kontaktinę jėgą, kurią jaučiame stovėdami ant svarstyklių ar paviršiaus; dažniausiai tai yra normalioji jėga N. Akivaizdusis svoris gali skirtis nuo m g dėl pagreičio (pvz., važiuojant liftu) arba dėl plūdrumo skystyje.

Pavyzdžiai:

• Liftas kylant su pagreičiu a į viršų: N = m(g + a) — jaučiame didesnį „svorį“.
• Liftas leidžiasi su pagreičiu a žemyn: N = m(g − a) — jaučiame lengvesnį „svorį“.
• Laisvam kritimui (a = g): N = 0 — „sunkumo nejautimas“ arba mikrogravitacija; objektas ir svarstyklės krenta kartu, todėl svarstyklės nerodo jokios apkrovos.
• Skystyje arba dujose veikianti plūduriavimo jėga (Archimedo jėga) sumažina akivaizdųjį svorį: N = m g − F_Archimedes.

Matavimo būdai

• Spyruoklinės svarstyklės (jėgos matuokliai) — matuoja tiesioginę jėgą (normalinę/svorį) pagal spyruoklės tempimą; jų rodmuo keičiasi priklausomai nuo gravitacijos ir pagreičio, todėl juos reikia kalibruoti pagal vietinį g.
• Pusiausvyros svarstyklės (lygiavadės arba iki lygio) — palygina nežinomą masę su žinoma mase; jos praktiškai matuoja masę, nes abi pusės patiria tą patį g, todėl rezultatas nepriklauso nuo g reikšmės (veiksmingos, kai matuojama skirtingose gravitacinėse sąlygose).
• Inercinės metodikos (pvz., inercinis matuoklis arba rotacinė inercinė svarstyklė) — nustato masę pagal objekto atsparumą pagreičio kitimui, todėl nepriklauso nuo gravitacijos.
• Gravitaciniai matavimai — dideliems atstumams ar tikslui nustatyti naudojami gravitacinės sąveikos metodai (pavyzdžiui, Cavendish eksperimentas), bet tai dažniausiai skirta masių palyginimui ar G konstatos nustatymui, o ne buitiniam svorio matavimui.

Praktiniai pastebėjimai ir pasekmės

• Objekto masė nesikeičia, net jeigu pasikeičia svoris — pvz., astronautai Tarptautinėje kosminėje stotyje turi tą pačią masę, bet patiria beveik nulį akivaizdžio svorio (svorio nejautimą).
• Gyvenimiški svarstyklės paprastai rodo masės vienetus (kg), todėl jų rodmuo prielaidoje yra tiesiog proporcingas g; keičiantis g (kitoje planetoje) tie patys kilogramai reikštų skirtingą gravitacinę jėgą (skirtingą svorį).
• Dizaino ir inžinerijos srityse svarbu atskirti masę (turi įtakos inercijai, konstrukcijai) ir svorį (turi įtakos apkrovoms, tvirtinimams, pavaroms). Pavyzdžiui, pastato konstrukcija projektuojama atsižvelgiant į svorį (gravitacines apkrovas) vietinėmis sąlygomis.

Svarbiausios išvados

• Masė — objekto medžiagos kiekis, nepriklausomas nuo vietos, matuojama kilogramais.
• Svoris — gravitacinė jėga, veikianti tą masę; fiziniam aprašymui reikia jėgos vienetų (niutonų), nors kasdieniame naudojime dažnai vartojami kilogramai.
• Matavimo metodas lemia, ką iš tiesų matuojame: spyruoklinės svarstyklės matuoja jėgą (svorį), pusiausvyros — palygina mases (nepriklauso nuo g).

Taigi, nors kasdienėje kalboje svoris ir masė dažnai vartojami kaip sinonimai, fizikoje būtina juos atskirti. Masė nusako, kiek medžiagos turi kūnas, o svoris — kokia gravitacinė jėga veikia tą kūną konkrečioje vietoje.

Klausimai ir atsakymai

Klausimas: Kas yra daikto svoris?

K: Kuo svoris skiriasi nuo masės?

K: Kur nukreipta svorio jėga mažiems objektams Žemėje?

K: Kur nukreipta didesnių objektų, pavyzdžiui, aplink Žemę skriejančio Mėnulio, svorio jėga?

K: Dėl ko painiojama masė ir svoris?

Klausimas: Ar masė ir svoris yra tas pats?

K: Ar vienodos masės objektai turi vienodą svorį?

Paieška pagal raidę