Svars: gravitācijas spēks un atšķirība no masas
Svars vs masa: skaidrojums par gravitācijas ietekmi, mērīšanu uz Zemes un citur — uzzini atšķirības, piemērus un praktiskas skaidrojošas ilustrācijas.
svars (vai vielas daudzuma svars) ir spēka lielums, ko uz objektu iedarbojas vietējais gravitācijas lauks. Svaru parasti attēlo kā vektoru, kura virziens mazām masu koncentrācijām uz Zemes ir vērsts uz planētas centru. Lielākiem objektiem, piemēram, Mēnesim, kas riņķo ap Zemi, gravitācijas spēks ir vērsts uz apvienotās sistēmas masas centru (bariocentru). Svaru nevajadzētu jaukt ar radniecīgo, bet būtiski atšķirīgo jēdzienu masa.
Kas tieši nozīmē "svars"?
Svars ir spēks, ar kādu gravitācija pievelk objektu. To var aprēķināt aptuveni pēc formulas W = m·g, kur W ir svara spēks, m — objekta masa, un g — vietējā brīvās krišanas paātrinājuma vērtība (uz Zemes pie jūras līmeņa vidēji g ≈ 9,81 m/s²). Šī formula parāda, ka svars ir proporcionāls masai — ja masa dubultojas, dubultojas arī svars, ja g paliek nemainīgs.
Svara un masas atšķirība
Masa ir vielas daudzuma mērs un raksturo objekta inerci un gravitācijas īpašības neatkarīgi no tā, kur objekts atrodas. Masa nemainās, pārvietojot objektu uz citu planētu vai novietojot to uz cita kuģa.
Svars ir spēks, tāpēc tā SI mērvienība ir ņūtons (N). Taču ikdienā cilvēki bieži izmanto masas mērvienību kilogrami vai mārciņas, lai runātu par svaru — tas rada neskaidrības. Ir arī atsevišķa, mazliet novecojuša vienība kilogramspēks (kgf) vai pound-force (lbf), kas ir masas vienības pielietojums spēka izteiksmē; mūsdienu zinātnē priekšroka tiek dota ņūtoniem.
Mērīšana un redzamais svars
Parasti ar svaru saprot vērtību, kas izmērīta Zemes virsū vai tās tuvumā ar svaru mērojošu ierīci (piemēram, svariem). Tomēr svaru, ko rāda taisnspiedes svari, bieži sauc par aparentu (redzamo) svaru — tas ir normālais spēks, ko svari izdala, lai pretotos gravitācijas spēkam. Ja objekts atrodas kustībā ar paātrinājumu (piemēram, lifts paātrinājumā uz augšu vai leju), svari rādīs citu vērtību nekā m·g.
Kur un kad svars mainās
- g vērtība nav pilnīgi konstanta — tā nedaudz mainās ar augstumu virs Zemes virsmas un ar ģeogrāfisko platumu (dievišķo formu un rotācijas dēļ). Tāpēc objekta svars uz virsmas, kalnos vai arhipelāgā var nedaudz atšķirties.
- Uz Mēness g ir apmēram 1/6 no Zemes, tāpēc objects sver aptuveni sešreiz mazāk; uz lielākām planētām, piemēram, Jupitera, tas būtu stipri lielāks (ja varētu stāvēt uz cietas virsmas).
- Orbitāls "bezsvara stāvoklis" nozīmē, ka kuģis un objekti tajā atrodas brīvā krīvē — gravitācija joprojām darbojas, bet nav kontaktspēka, ko svari varētu nolasīt.
Praktiskas konsekvences
Svara un masas atšķirību ir svarīgi saprast inženierijā, transportā, medicīnā un ikdienā. Konstrukcijas aprēķiniem nepieciešams zināt patieso spēku, ko uz tām iedarbojas (ņūtonos), bet receptēm un uzskaitēm bieži lieto masas vienības (kilogramus). Mērījumi laboratorijās un kosmonautikā prasa precīzu atšķirību ņemšanu vērā — piemēram, mērot impulsa maiņu, izmēros vai degvielas masas ietekmi uz pacelšanos.
Kopumā: masa ir īpašība, kas neizmainās ar atrašanās vietu; svars ir gravitācijas spēks, kas uz šo masu iedarbojas, un tā lielums var mainīties atkarībā no gravitācijas lauka stipruma un objekta stāvokļa.
Svara vienības
Svara mērvienība Starptautiskajā mērvienību sistēmā ir ņūtons, ko apzīmē ar simbolu "N".
Agrāk tika lietotas arī citas vienības, bet no tām atteicās, piemēram, dina (spēka mērvienība vecajā CGS sistēmā) vai spēka kilograms, kas ir spēks, ar kādu "standarta" Zeme iedarbojas uz vienu kilogramu vielas: ķermeņa ar masu 1 kg svars jūras līmenī ir aptuveni 9,81 N.
Svara mērīšana
Objekta vai vielas daudzuma svaru parasti mēra ar instrumentu, piemēram, atsperes svariem. Svari ir aprīkoti ar atsperi, kas nodrošina spēku, lai pretotos svērājamā objekta gravitācijas spēkam. Gravitācijas spēks velk uz leju, bet atspere spiež vai velk uz augšu. Parasti svariem ir rādījums, kas norāda nevis svaru (kas ir spēks), bet gan objekta masu. Atsperu svari ir izgatavoti, pieņemot, ka tos izmanto uz Zemes virsmas. Ja atsperes svari tiktu nogādāti uz Mēness, to rādījumi būtu maldinoši.
Svari ir ierīce, kas salīdzina divu objektu svaru vienā un tajā pašā gravitācijas laukā: tā nosaka, vai viens objekts ir smagāks vai vieglāks par otru.
Svars ir mainīgs
Svars nav matērijai raksturīga īpašība, jo vietējais gravitācijas lauks, kas rada spēku, ko sauc par svaru, ir mainīgs telpā un laikā:
- Tā kā Zemes pievilkšanas spēks samazinās kā attāluma līdz tās centram kvadrāts, priekšmeta svars lielā augstumā (piemēram, kalna virsotnē) ir nedaudz mazāks nekā jūras līmenī vai pie ekvatora nekā pie poliem (jo Zeme ir nedaudz izliekta).
- Patvaļīgu objektu uz Zemes piesaista arī visi pārējie debess ķermeņi, piemēram, Mēness. Tādējādi tā svars būs mazāks, ja Mēness atrodas virs galvas, nekā tad, ja Mēness atrodas otrā Zemes pusē.
- Svars nav saistīts tikai ar Zemi: Astronauts uz Mēness virsmas sver 6 reizes mazāk nekā uz Zemes virsmas.
- Bezsvara stāvoklis ir šķietams stāvoklis, ko piedzīvo astronauti vai satelīti orbītā ap kādu planētu. Patiesībā viņu svars (gravitācijas spēks) ir spēks, kas tos notur orbītā. Orbītā esošie objekti pārvietojas ar ļoti lielu ātrumu. Satelītiem, kas riņķo 300-500 km augstumā virs Zemes, šis ātrums ir aptuveni 27 000 km/h. Ja nebūtu Zemes gravitācijas pievilkšanas, tie aizlidotu taisnā līnijā. Gravitācijas vilkme notur tos krītošus planētas virzienā. Lielā sānu ātruma un pastāvīgās vilces uz Zemes centru kombinācija izliek to trajektoriju tā, ka tie paliek orbītā.
Saistītās lapas
- Svara un masas atšķirība
- Masas centrs
- Gravitācija
- Blīvums
Jautājumi un atbildes
Jautājums: Kāds ir kāda priekšmeta svars?
A: Objekta svars ir tā spēka intensitātes mērs, ko uz šo objektu iedarbojas vietējais gravitācijas lauks.
J: Ar ko svars atšķiras no masas?
A: Svaru nevajadzētu jaukt ar masu, jo svars ir objektam piemītošā gravitācijas spēka mērs, bet masa ir objektā esošās vielas daudzums.
J: Uz kurieni ir vērsts svara spēks maziem objektiem uz Zemes?
A: Maziem objektiem uz Zemes svara spēks ir vērsts uz planētas centru.
J: Kur ir vērsts svara spēks lielākiem objektiem, piemēram, Mēnesim, kas riņķo ap Zemi?
A: Lielākiem objektiem, piemēram, Mēnesim, kas riņķo ap Zemi, svara spēks ir vērsts uz apvienotās sistēmas masas centru.
J: Kas ir radījis neskaidrības starp masu un svaru?
A: Tādu pašu terminu lietošana, lai aprakstītu un izmērītu divas dažādas īpašības, ir radījusi neskaidrības starp masu un svaru.
Vai masa un svars ir viens un tas pats?
A: Masa un svars nav viens un tas pats.
Vai objektiem ar vienādu masu ir vienāds svars?
A: Objektiem ar vienādu masu ir vienāds svars. Objektam, kura masa ir divreiz lielāka par cita objekta masu, būs arī divreiz lielāks svars.
Meklēt