Что тяжелее - килограмм железа или килограмм ваты?
Одна из забавных загадок, которую можно услышать от собеседника, звучит так: «что тяжелее – килограмм железа или килограмм ваты?» Безусловно, она звучит как оскорбление для здравого смысла, ведь оба весят по одному килограмму. Но почему же многие люди задают этот вопрос, будто бы есть вариант, что весить они могут по-разному?
Вес и масса

В физике масса и вес разные понятия. Масса – скалярная величина, мера инертности тела, т.е. простыми словами это количество материи, которое содержит объект. Она постоянна, независимо от положения в пространстве и независимо от силы гравитационного притяжения. В Международной системе единиц масса измеряется в килограммах. Так, например, человек массой 60 кг и на Земле, и на Луне будет иметь массу 60 кг.

Вес – векторная величина, которая указывает на силу, с которой тело действует на опору. В то время как масса не зависит от силы тяжести, вес является воплощением этой силы. Так как это сила, то измеряется вес в Ньютонах, но в быту ему часто приписывается «килограммовый эквивалент». Здесь стоит вспомнить второй закон Ньютона.


Второй закон Ньютона

Ускорение тела (материальной точки) в инерциальной системе отсчета прямо пропорционально приложенной к нему силе и обратно пропорционально массе


F = mg


где F — сила, которую прикладывают к телу;
a — ускорение, которое сообщает эта сила (где a=g);
m — масса тела.

Для разных небесных тел величина ускорения свободного падения различна, так как она зависит от массы самого небесного тела. Поэтому на Земле человек массой 60 кг будет весить 588 ньютона (т.к. g = 9,8 м/с ²), а на Луне – 97,2 ньютона (т.к. g = 1,62 м/с²).
Теперь возьмем 1 кг железа и 1 кг ваты и положим их на весы. Если взвешивание происходит в вакууме, то весы покажут одинаковый вес, ускорение свободного падения будет единственной силой, действующей на наши объекты. Но если взвешивать вату и железо на Земле, в привычных для нас условиях, то вес будет определяться равнодействующей двух сил: силы тяжести, действующей вниз, и силы Архимеда, направленной вверх.

Закон Архимеда

На тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа в объёме погружённой части тела.


Fᴀ = ρgV


Fᴀ — сила выталкивания;

ρ — плотность вещества, в которое погружено тело;

g — ускорение свободного падения;

V — объем тела.


На железо и на вату будет действовать выталкивающая сила, но действовать она будет по-разному, т.к. железо и вата обладают различной плотностью. ρ железа = 7874 кг/м³, ρ ваты = 150 кг/м³. Следовательно, чтобы соответствовать массе 1 кг, вате требуется гораздо больший объем. И как мы знаем, чем больше объем, тем сильнее воздействует на объект сила Архимеда. Следовательно вата выталкивается сильнее, и поэтому вата будет весить меньше железа. Для наглядности можем рассчитать выталкивающую силу для каждого тела:

Таким образом, ответ на вопрос "что тяжелее – один килограмм железа или один килограмм ваты" очевиден – килограмм железа. В заключение, дорогой читатель, небольшой вопрос: при каких условиях 1 килограмм ваты будет весить больше одного килограмма железа?
Наши соцсети
superpozicia@mail.ru
г. Санкт-Петербург, ул. Правды 13
This site was made on Tilda — a website builder that helps to create a website without any code
Create a website