Нека разгледаме отделно случаите на свързване външен източник променлив токкъм резистор със съпротивление Р, капацитет на кондензатора ° Си индуктори Л. И в трите случая напреженията на резистора, кондензатора и бобината са равни на напрежението на източника на променлив ток.

1. Резистор в AC верига

Съпротивлението R се нарича активно, защото верига с такова съпротивление поглъща енергия.

Активно съпротивление - устройство, в което енергия електрически токнеобратимо се преобразува в други видове енергия (вътрешна, механична)

Нека напрежението във веригата се промени според закона: u = Umcos ωt ,

тогава силата на тока се променя според закона: i = u/R = I R cosωt

u – моментна стойност на напрежението;

i – моментна стойност на тока;

аз Р- амплитуда на тока, протичащ през резистора.

Връзката между амплитудите на тока и напрежението върху резистор се изразява чрез връзката РИ Р = U R

Флуктуациите на тока са във фаза с колебанията на напрежението. (т.е. фазовото изместване между тока и напрежението през резистора е нула).

2. Кондензатор в AC верига

Когато кондензаторът е свързан към верига с постоянно напрежение, токът е нула, а когато кондензаторът е свързан към верига с променливо напрежение, токът не е нула. Следователно, кондензатор във верига с променливо напрежение създава по-малко съпротивление, отколкото в верига с постоянен ток.

ИНТЕГРАЛНА СХЕМАи напрежение

Токът изпреварва напрежението във фаза с ъгъл π/2.

3. Намотка в AC верига

В бобина, свързана към верига с променливо напрежение, силата на тока е по-малка от силата на тока във верига с постоянно напрежение за същата бобина. Следователно бобината във верига с променливо напрежение създава повече съпротивление, отколкото във верига с постоянно напрежение.

Връзка между амплитудите на тока I Ли напрежение У Л:

ω ЛИ Л = У Л

Токът изостава във фаза от напрежението с ъгъл π/2.

Сега можем да конструираме векторна диаграма за последователна RLC верига, в която възникват принудителни трептения при честота ω. Тъй като токът, протичащ през последователно свързани секции на веригата, е един и същ, удобно е да се изгради векторна диаграма спрямо вектора, представящ текущите колебания във веригата. Означаваме амплитудата на тока с аз 0 . Текущата фаза се приема за нула. Това е напълно приемливо, тъй като не абсолютните фазови стойности са от физически интерес, а относителните фазови измествания.

Векторната диаграма на фигурата е конструирана за случая, когато или В този случай напрежението на външния източник изпреварва във фаза тока, протичащ във веригата с определен ъгъл φ.

Векторна диаграма за серийна RLC верига

От фигурата става ясно, че

откъде следва

От израза за аз 0 е ясно, че текущата амплитуда отнема максимална стойностпредвид това

Феноменът на увеличаване на амплитудата на текущите колебания, когато честотата ω на външен източник съвпада с естествената честота ω 0 електрическа веригаНаречен електрически резонанс . При резонанс

Фазовото изместване φ между приложеното напрежение и ток във веригата става нула при резонанс. Резонанс в последователна RLC верига се нарича резонанс на напрежението. По подобен начин, използвайки векторна диаграма, можете да изследвате явлението резонанс при паралелна връзкаелементи Р, ЛИ ° С(т.нар токов резонанс).

При последователен резонанс (ω = ω 0) амплитудите U CИ У ЛНапреженията на кондензатора и бобината се увеличават рязко:

Фигурата илюстрира явлението резонанс в последователна електрическа верига. Фигурата показва графично зависимостта на отношението на амплитудата U Cнапрежение на кондензатора до амплитудата 0 на напрежението на източника от неговата честота ω. Кривите на фигурата се наричат резонансни криви.

Концепцията, с която сме запознати от ранна детска възраст, е маса. И все пак в курса по физика има някои трудности, свързани с неговото изучаване. Следователно е необходимо ясно да се дефинира как може да се разпознае? И защо не е равно на теглото?

Определяне на масата

Естественото научно значение на тази стойност е, че тя определя количеството вещество, съдържащо се в тялото. За обозначаването му е обичайно да се използва латиницам. Мерната единица в стандартната система е килограм. В задачи и ЕжедневиетоЧесто се използват и несистемни: грам и тон.

В училищен курс по физика отговорът на въпроса: „Какво е маса?“ дадени при изучаване на явлението инерция. Тогава се определя като способността на тялото да устои на промените в скоростта на своето движение. Следователно масата се нарича още инертна.

Какво е тегло?

Първо, това е сила, тоест вектор. Масата е скаларна тежест, която винаги е прикрепена към опора или окачване и е насочена в същата посока като силата на гравитацията, тоест вертикално надолу.

Формулата за изчисляване на теглото зависи от това дали опората (окачването) се движи. Когато системата е в покой, се използва следният израз:

P = m * g,където P (в английските източници се използва буквата W) е теглото на тялото, g е ускорението на свободното падане. За земята g обикновено се приема равно на 9,8 m/s 2.

От това може да се изведе формулата за маса: m = P / g.

При движение надолу, тоест по посока на тежестта, нейната стойност намалява. Следователно формулата приема формата:

P = m (g - a).Тук "а" е ускорението на системата.

Тоест, ако тези две ускорения са равни, се наблюдава състояние на безтегловност, когато теглото на тялото е нула.

Когато тялото започне да се движи нагоре, говорим за наддаване на тегло. В тази ситуация възниква състояние на претоварване. Тъй като телесното тегло се увеличава, формулата му ще изглежда така:

P = m (g + a).

Как масата е свързана с плътността?

Решение. 800 kg/m3. За да използвате вече познатата формула, трябва да знаете обема на петното. Лесно е да се изчисли, ако приемете мястото като цилиндър. Тогава формулата за обем ще бъде:

V = π * r 2 * h.

Освен това r е радиусът, а h е височината на цилиндъра. Тогава обемът ще бъде равен на 668794,88 m 3. Сега можете да преброите масата. Ще излезе така: 535034904 кг.

Отговор: Масата на нефта е приблизително 535036 тона.

Задача No5.Условие: Дължината на най-дългия телефонен кабел е 15151 км. Каква е масата на медта, която е влязла в нейното производство, ако напречното сечение на проводниците е 7,3 cm 2?

Решение. Плътността на медта е 8900 kg/m3. Обемът се намира с помощта на формула, която съдържа произведението на площта на основата и височината (тук дължината на кабела) на цилиндъра. Но първо трябва да преобразувате тази област в квадратни метра. Тоест, разделете това число на 10 000. След изчисленията се оказва, че обемът на целия кабел е приблизително 11 000 m 3 .

Сега трябва да умножите стойностите на плътността и обема, за да разберете на какво е равна масата. Резултатът е числото 97900000 кг.

Отговор: масата на медта е 97900 тона.

Друг проблем, свързан с масата

Задача No6.Условие: Най-голямата свещ, с тегло 89867 кг, имаше диаметър 2,59 м. Каква беше нейната височина?

Решение. Плътността на восъка е 700 kg/m3. Височината ще трябва да се намери от Това означава, че V трябва да се раздели на произведението на π и квадрата на радиуса.

А самият обем се изчислява по маса и плътност. Оказва се, че е равно на 128,38 m 3. Височината е 24,38 м.

Отговор: височината на свещта е 24,38м.

Редовно се сблъсквам с факта, че хората не разбират разликата между тегло и маса. Това като цяло е разбираемо, тъй като прекарваме целия си живот в непрекъснатото гравитационно поле на Земята и тези величини са постоянно свързани за нас. И тази връзка също е езиково подсилена от факта, че намираме маса с помощта на везни, „претегляме“ себе си или, да речем, храна в магазин.
Но нека все пак се опитаме да разплитаме тези понятия.

В финес (като различен g in различни местаЗемя и други неща), в които няма да навлизаме. Искам да отбележа, че всичко това е включено в училищния курс по физика, така че ако всичко по-долу е очевидно за вас, не ругайте тези, които не са успели да разберат тези неща, и в същото време тези, които са решили за да обясня това за стотен път.) Надявам се, че ще има хора, за които тази бележка ще допълни разбирането им за света около тях.

И така, да вървим. Масата на едно тяло е мярка за неговата инерция. Тоест мярка за това колко трудно е да се промени скоростта на това тяло по величина (ускоряване или забавяне) или посока. В системата SI се измерва в килограми (kg). Обикновено се обозначава с буквата m. Това е неизменен параметър, независимо дали на Земята или в космоса.

Гравитацията се измерва в единици SI в нютони (N). Това е силата, с която Земята привлича тяло и е равна на произведението m*g. Коефициентът g е 10 m/s2, наречен ускорение на гравитацията. С това ускорение тялото започва да се движи спрямо земната повърхност, лишено от опора (по-специално, ако тялото тръгне от неподвижно състояние, скоростта му ще се увеличава с 10 m/s всяка секунда).

Сега разгледайте тяло с маса m, което лежи неподвижно на маса. За да сме конкретни, нека масата е 1 кг. Това тяло се въздейства вертикално надолу от силата на гравитацията mg (самата вертикала се определя именно от посоката на силата на гравитацията), равна на 10 N. V техническа системаЕдиниците за тази сила се наричат ​​килограм сила (kgf).

Таблицата не позволява на тялото ни да се ускори, действайки върху него със сила N, насочена вертикално нагоре (по-правилно е да начертая тази сила от таблицата, но за да не се припокриват линиите, ще нарисувам и от центъра на тялото):

N се нарича сила на реакция на земята, балансира силата на гравитацията (в в такъв случайравна по абсолютна стойност на същите 10 нютона), така че резултантната сила F (сумата от всички сили) е равна на нула: F = mg - N = 0.

И виждаме, че силите се балансират от втория закон на Нютон F = m*a, според който ако ускорението на тялото a е нула (т.е. то или е в покой, както в нашия случай, или се движи равномерно и праволинейно) , тогава резултантната сила F също е нула.

Сега най-накрая можем да кажем какво е тегло - това е силата, с която тялото действа върху стойка или окачване. Според третия закон на Нютон тази сила е противоположна на силата N и е равна на нея по абсолютна стойност. Тоест в този случай това е същото 10 N = 1 kgf. Може да ви се струва, че всичко това е ненужно сложно и трябваше веднага да кажете, че теглото и гравитацията са едно и също нещо? В крайна сметка те съвпадат както по посока, така и по величина.

Не, всъщност те се различават значително. Силата на гравитацията действа постоянно. Теглото се променя в зависимост от ускорението на тялото. Да дадем примери.

1. Тръгвате с високоскоростен асансьор (високоскоростен, така че фазата на ускорение да е по-впечатляваща/по-забележима). Вашата маса е, да речем, 70 kg (можете да преизчислите всички числа по-долу за вашата маса). Вашето тегло в стационарен асансьор (преди старта) е 700 N (или 70 kgf). В момента на ускорение нагоре произтичащата сила F е насочена нагоре (именно тя ви ускорява), силата на реакция N превишава силата на гравитацията mg и тъй като вашето тегло (силата, с която действате върху пода на асансьор) съвпада по абсолютна стойност с N, изпитвате така нареченото претоварване. Ако асансьорът се ускори с ускорение g, тогава ще изпитате тежест от 140 kgf, тоест g-сила от 2 g, 2 пъти теглото в покой. Всъщност, при нормална работа такива претоварвания не възникват в асансьорите; ускорението обикновено не надвишава 1 m/s2, което води до претоварване от само 1,1 g. Теглото в нашия случай ще бъде 77 kgf. Когато асансьорът ускори до необходимата скорост, ускорението е нула, теглото се връща към първоначалните 70 kgf. При забавяне теглото, напротив, намалява и ако ускорението в абсолютна стойност е 1 m/s2, тогава претоварването ще бъде 0,9 g. При шофиране в обратна страна(надолу) ситуацията е обратна: при ускорение теглото намалява, в равномерен участък теглото се възстановява, при забавяне теглото се увеличава.

2. Тичате и теглото ви в покой все още е 70 kgf. В момента на бягане, когато се оттласквате от земята, теглото ви надвишава 70 kgf. И докато летите (единият крак е напуснал земята, другият още не е докоснал), теглото ви е нула (тъй като не влияете нито на стойката, нито на кардана). Това е безтегловност. Вярно е, че е доста кратко. Така бягането е редуване на претоварване и безтегловност.

Позволете ми да ви напомня, че силата на гравитацията във всички тези примери не изчезна, не се промени и беше вашите „трудно спечелени“ 70 kgf = 700 N.

Сега нека значително разширим фазата на безтегловност: представете си, че сте на МКС (Международната космическа станция). В същото време не сме елиминирали силата на гравитацията - тя все още действа върху вас - но тъй като и вие, и станцията сте в едно и също орбитално движение, вие сте в безтегловност спрямо МКС. Можете да си представите себе си навсякъде в космоса, само МКС е малко по-реалистична.)

Как ще бъде вашето взаимодействие с обектите? Масата ви е 70 кг, вземате в ръката си предмет с тегло 1 кг и го хвърляте от себе си. В съответствие със закона за запазване на импулса, основната скорост ще бъде получена от 1-килограмов обект, тъй като е по-малко масивен и хвърлянето ще бъде приблизително толкова „леко“, колкото на Земята. Но ако се опитате да се отблъснете от обект с тегло 1000 кг, тогава всъщност ще се отблъснете от него, тъй като в този случай вие сами ще получите основната скорост и за да ускорите своите 70 кг, ще трябва да развиете повече сила. За да си представите приблизително какво е, сега можете да се изкачите до стената и да се отблъснете от нея с ръце.

Сега сте напуснали гарата на отворено пространствои искате да манипулирате някакъв масивен обект. Нека масата му е пет тона.

Честно казано, бих бил много внимателен при боравене с петтонен предмет. Да, безтегловност и всичко това. Но само малката му скорост спрямо МКС е достатъчна за натискане на пръст или нещо по-сериозно. Тези пет тона са трудни за движение: за ускоряване, за спиране.

И дори не искам да си представям, както предложи един човек, между два обекта с тегло 100 тона. Най-малкото насрещно движение от тяхна страна и те лесно ще ви смажат. В пълна, характерна, безтегловност.)

И накрая. Ако летите щастливо около МКС и се ударите в стена/преграда, тогава ще ви нарани точно както ако бягате със същата скорост и се ударите в стена/преграда в апартамента си. Тъй като ударът намалява скоростта ви (т.е. дава ви отрицателно ускорение), а масата ви е една и съща и в двата случая. Това означава, че според втория закон на Нютон силата на влияние ще бъде пропорционална.

Радвам се, че във филмите за космоса ("Гравитация", "Интерстелар", телевизионният сериал "Пространството") все по-реалистично (макар и не без недостатъци като Джордж Клуни, безнадеждно летящ от Сандра Бълок) показват основните неща, описани в този пост.

Нека да обобщя. Масата е "неотчуждаема" от обекта. Ако един обект е трудно да се ускори на Земята (особено ако сте се опитали да сведете до минимум триенето), тогава е също толкова трудно да го ускорите в космоса. Що се отнася до везните, когато стоите върху тях, те просто измерват силата, с която са компресирани, и за удобство покажете тази сила не в нютони, а в kgf. Без добавяне на буквата „s“, за да не ви обърка.)

Определение 1

Теглото представлява силата на въздействието на тялото върху опора (окачване или друг вид закрепване), предотвратяваща падане и възникваща в полето на гравитацията. Единицата за тегло в SI е нютон.

Концепция за телесно тегло

Понятието „тегло“ като такова не се счита за необходимо във физиката. И така, повече се говори за масата или силата на тялото. По-значима величина се счита за силата на въздействие върху опората, чието познаване може да помогне например при оценката на способността на структурата да задържи изследваното тяло при дадени условия.

Теглото може да се измери с помощта на пружинни везни, които също служат за косвено измерване на масата, когато са правилно калибрирани. В същото време лостовите везни не се нуждаят от това, тъй като в такава ситуация масите, които подлежат на сравнение, са подложени на равно ускорение на гравитацията или сумата от ускоренията в неинерциалните референтни системи.

При претегляне с помощта на технически пружинни везни обикновено не се вземат предвид промените в ускорението, дължащо се на гравитацията, тъй като влиянието често е по-малко от това, което се изисква на практика по отношение на точността на претеглянето. До известна степен силата на Архимед може да бъде отразена в резултатите от измерването, при условие че телата се претеглят на лостови везни различни плътностии техните сравнителни показатели.

Теглото и масата представляват различни понятия във физиката. По този начин теглото се счита за векторно количество, с което тялото ще повлияе директно върху хоризонталната опора или вертикалното окачване. Масата в същото време представлява скаларна величина, мярка за инерцията на тялото ( инертна маса) или заряд на гравитационното поле (гравитационна маса). Такива количества също ще имат различни мерни единици (в SI масата е посочена в килограми, а теглото в нютони).

Възможни са и ситуации с нулево тегло и също ненулева маса (когато ние говорим заоколо едно и също тяло, например при нулева гравитация теглото на всяко тяло ще бъде равно нулева стойност, но масата ще бъде различна за всеки).

Важни формули за изчисляване на телесното тегло

Теглото на тяло ($P$), което е в покой в ​​инерционна отправна система, е равно на действащата върху него сила на гравитацията и е пропорционално на масата $m$, както и на ускорението на свободното падане $g$ в дадена точка.

Бележка 1

Ускорението на свободното падане ще зависи от височината над земната повърхност, както и от географски координатиточки за измерване.

Резултатът от ежедневното въртене на Земята е намаляване на теглото по ширина. Така че на екватора теглото ще бъде по-малко в сравнение с полюсите.

Друг фактор, влияещ върху стойността на $g$, могат да се считат за гравитационни аномалии, които са причинени от структурните особености на земната повърхност. Когато едно тяло се намира близо до друга планета (не Земята), ускорението на гравитацията често се определя от масата и размера на тази планета.

Състоянието на липса на тегло (безтегловност) ще настъпи, когато тялото е отдалечено от привличащия обект или е в свободно падане, т.е.

$(g – w) = 0$.

Тяло с маса $m$, чието тегло се анализира, може да бъде обект на прилагане на определени допълнителни сили, индиректно обусловена от наличието на гравитационно поле, по-специално силата на Архимед и силата на триене.

Разликата между силата на телесното тегло и силата на гравитацията

Бележка 2

Гравитацията и теглото са две различни концепции, включени пряко в теорията на гравитационното поле на физиката. Тези две много различни понятия често се тълкуват погрешно и се използват в грешен контекст.

Тази ситуация допълнително се утежнява от факта, че в стандартното разбиране на понятието маса (което означава свойство на материята) и теглото също ще се възприемат като идентични. Поради тази причина правилното разбиране на гравитацията и теглото се счита за много важно в научната общност.

Често тези две почти сходни понятия се използват взаимозаменяемо. Силата, която е насочена към обект от Земята или друга планета в нашата Вселена (в по-широк смисъл - всяко астрономическо тяло), ще представлява силата на гравитацията:

Силата, с която тялото упражнява пряко въздействие върху опората или вертикалното окачване, ще се счита за теглото на тялото, обозначено като $W$ и представляващо векторно насочена величина.

Атомите (молекулите) на тялото ще се отблъскват от частиците на основата. Резултатът от този процес е:

• извършване на частична деформация не само на опората, но и на обекта;
• появата на еластични сили;
• промяна в определени ситуации (в лека степен) във формата на тялото и опората, която ще се случи на макро ниво;
• възникването на опорна реакционна сила с паралелно възникване на еластична сила върху повърхността на тялото, която се превръща в отговор на опората (това ще представлява тежест).

В ежедневието понятията „маса“ и „тегло“ са абсолютно идентични, въпреки че тяхното семантично значение е коренно различно. Попитайте "Какво е вашето тегло?" имаме предвид "Колко килограма си?" Но на въпроса, с който се опитваме да разберем този факт, отговорът е даден не в килограми, а в нютони. Ще трябва да се върна при училищен курсфизика.

Телесно тегло- количество, характеризиращо силата, с която тялото упражнява натиск върху опората или окачването.

За сравнение, телесна масапо-рано грубо дефиниран като "количество вещество" съвременна дефинициязвучи така:

Тегло -физическа величина, която отразява способността на тялото за инерция и е мярка за неговите гравитационни свойства.

Концепцията за маса като цяло е малко по-широка от представената тук, но нашата задача е малко по-различна. Това е напълно достатъчно, за да разберете факта за реалната разлика между маса и тегло.

Освен това те са килограми, а тежестите (като вид сила) са нютони.

И може би най-важната разлика между тегло и маса се съдържа в самата формула за тегло, която изглежда така:

където P е действителното тегло на тялото (в нютони), m е неговата маса в килограми, а g е ускорението, което обикновено се изразява като 9,8 N/kg.

С други думи, формулата за тегло може да бъде разбрана с помощта на този пример:

Тегло маса 1 kg се окачва на стационарен динамометър, за да се определи неговата тегло.Тъй като тялото и самият динамометър са в покой, можем спокойно да умножим масата му по ускорението на свободното падане. Имаме: 1 (kg) x 9,8 (N/kg) = 9,8 N. Именно с тази сила тежестта действа върху окачването на динамометъра. От това става ясно, че телесното тегло е равно на Това обаче не винаги е така.

Време е да отбележа нещо важно. Формулата за тегло е равна на гравитацията само в случаите, когато:

• тялото е в покой;
• силата на Архимед (плаваща сила) не действа върху тялото. Интересен факт е, че тяло, потопено във вода, измества обем вода, равен на теглото му. Но това не просто изтласква вода; тялото става „по-леко“ с обема на изместената вода. Ето защо можете да вдигнете момиче с тегло 60 кг във вода, като се шегувате и смеете, но на повърхността е много по-трудно да се направи.

Когато тялото се движи неравномерно, т.е. когато тялото и окачването се движат с ускорение а, променя своя външен вид и тегловна формула. Физиката на явлението се променя леко, но във формулата тези промени се отразяват, както следва:

P=m(g-a).

Както може да се замени с формулата, теглото може да бъде отрицателно, но за това ускорението, с което се движи тялото, трябва да бъде по-голямо от ускорението на гравитацията. И тук отново е важно да разграничим теглото от масата: отрицателното тегло не влияе на масата (свойствата на тялото остават същите), но всъщност се насочва в обратната посока.

Добър пример е с ускорен асансьор: когато го рязко ускорениеЗа кратко се създава впечатлението за „дърпане към тавана”. Разбира се, лесно е да се сблъскате с такова чувство. Много по-трудно е да изпитате състоянието на безтегловност, което се усеща напълно от астронавтите в орбита.

Нулева гравитация -по същество липса на тегло. За да е възможно това, ускорението, с което се движи тялото, трябва да е равно на прословутото ускорение g (9,8 N/kg). Най-лесният начин да постигнете този ефект е в ниска околоземна орбита. Гравитацията, т.е. привличането все още действа върху тялото (сателита), но е незначително. И ускорението на сателит, който се носи в орбита, също клони към нула. Тук възниква ефектът от липсата на тежест, тъй като тялото не влиза в контакт нито с опората, нито с окачването, а просто се носи във въздуха.

Частично този ефект може да се срещне при излитане на самолет. За секунда има усещане, че виси във въздуха: в този момент ускорението, с което се движи самолетът, е равно на ускорението на гравитацията.

Връщайки се отново към различията теглоИ маси,Важно е да запомните, че формулата за телесно тегло е различна от формулата за маса, която изглежда така :

m= ρ/V,

тоест плътността на веществото, разделена на неговия обем.