§ 18. Вес тела, движущегося с ускорением

Из курса 7 класса вы уже знаете, что предметы, лежащие на опоре, слегка сжимаются под действием земного притяжения и в то же время сдавливают саму опору. Обычно обе деформации настолько малы, что глаз их не замечает, и всё же именно они порождают силы упругости — и внутри тела, и внутри опоры. Через них тело и опора и действуют друг на друга.

Ту силу, с которой тело из-за земного притяжения прижимается к опоре или натягивает подвес, физики называют весом тела и обозначают буквой P. Запомни главное: вес — это сила, и измеряют его в ньютонах (Н). Массу m измеряют в килограммах, она показывает, сколько вещества в теле, и не меняется от того, как тело движется. Путать эти величины нельзя: сказать «вес 5 кг» так же неверно, как «масса 5 Н». Условимся сразу: если тело покоится на горизонтальной опоре, неподвижной относительно Земли, его вес по числовому значению совпадает с силой тяжести.

Выясним, как связан вес с ускорением. Вообразим автомобиль массой m на платформе лифта в многоэтажном паркинге. Систему отсчёта свяжем с Землёй — её можно считать инерциальной. Автомобиль перемещается лишь поступательно, поэтому будем считать его материальной точкой.

На машину действуют всего два «участника»: тяжесть m g, тянущая вниз, и реакция опоры N, направленная вверх. Обе силы показаны на рис. 1 красными стрелками, выходящими из центра кузова; на левой панели (рис. 1, а) стрелки одинаковой длины — это случай покоя. Пусть сначала платформа неподвижна либо едет равномерно и прямолинейно, то есть ускорение равно нулю (a = 0). Тогда второй закон Ньютона даёт m g + N = 0. А по третьему закону Ньютона реакция опоры по модулю совпадает с весом тела и направлена в противоположную сторону: N = −P. Подставив это, получаем m g − P = 0, откуда P = mg, где P — вес тела (Н), m — масса тела (кг), g — ускорение свободного падения (м/с²). Значит, при нулевом ускорении вес тела и сила тяжести совпадают и по величине, и по направлению.

Важно понимать, что тяжесть и вес — это не одно и то же, хотя их модули здесь совпадают. Эти силы приложены к разным объектам и имеют разную природу.