Weight and weightlessness Perhaps nothing is so ingrained in our senses as the perpetual pulling of the earth on our surroundings. It’s always there, never changing. It’s been hugging solids, liquids and gases to the earth’s surface for over 4 billion years. Earth’s gravity is built into our descriptions of our world with words like up, down, and weight. Exactly what is weight? A weight is a force, nothing more. Your weight is the pull of earth’s gravity on your body. Likewise, the weight of your car is the force of the earth’s attraction for it. The greater the mass is, the larger the attraction. Two identical pickup trucks weigh exactly twice as much as one. But mass and weight are not the same; they are measures of two different things, inertia and force. For example, consider the rocks brought from the moon’s surface by astronauts. Because of the Earth’s stronger gravitational attraction, these rocks weigh more on Earth, about six times as much as they weighed on the moon. But their mass, their resistance to a change in velocity, is still the same; they have the same quantity of matter on earth as they did on the moon. Even though weight and mass are not the same, most of us do not make a distinction between them, suppose someone hands you two books and asks which is the more massive. Almost certainly you would “weigh” one in each hand choose the heavier book. That’s okay, because the heavier one does have more mass. But if the two books were on a smooth table, you could just push each book back and forth to see which has the larger inertia. (Their weights don’t come into play, being balanced by upward pushes from the table). Even then, pointing to the one that’s harder to accelerate, you might from habit still say “That one is heavier”. The point here is “that one” is harder to accelerate only because it has greater mass. An astronaut could pick up a large rock on the moon with much less force than required on earth. But if the astronaut shoved the rock in a horizontal direction, it would take just as much of a push to accelerate it at, say, 5 feet/second2 as it would take on earth. There is a difference between weight and mass. To measure your weight you can use a bathroom scale, which is a spring that stretches if it is pulled (or compresses if it is pushed). As you step onto the scale, the spring’s pointer register a larger and larger force until you are at rest, supported entirely by the scale. The scale then shows you how much force (from the spring) balances gravity’s pull on your mass, and this force is equal to your weight. If you step down and drink two cups of coffee and then step back on the scale, you’ll weigh about 1 pound more. But suppose some fellow strapped a small scale to his feet and jumped from the top of the stepladder. You can imagine what would happen, although you should not actually try it. While he was falling, the scale would fall with him- it wouldn’t support him, and he couldn’t press against it. In this situation, the scale would show a reading of zero. Gravity’s pull would still be there, of course, pulling on him as he fell. He would still have weight, the pull of gravity on his body. It’s just that nothing would stop that fall, there would be no supporting force opposing the gravitational pull, so he would feel weightless. To jump with a scale would be awkward (and dangerous). But if you strap on a small backpack stuffed with books and hop down from a chair, you can feel the pack’s weight vanish from the shoulder straps while you are falling. Perhaps, you’ve jumped piggyback with a friend into a swimming pool. If your friend is on your back and you jump, your friend’s weight disappears from your back while the two of you are in midair. Nevertheless, the weight of your friend doesn’t disappear; it causes your friend to accelerate right along with you, at the rate of g, towards the water. This is why news reporters often say astronauts are “weightless” when they are in the orbit. But a better way to describe their condition is to say they are in free fall. Since everything in a spaceship falls together around the earth, nothing inside supports anything else. It’s true that the astronauts hover and float within their spacecraft as if they were weightless, but gravity still pulls on their bodies, so they do have weight. The term weightlessness is a misnomer, but it gets the ideas across. While in free fall, things seem to have no weight relative to each other. Provided there’s no air resistance, everything near the earth’s surface falls with acceleration g. We can use this fact and the formula Fnet = ma to find the weight of an object. If something is falling freely (in vacuum), its weight is the only force acting, so its weight is the net force. The acceleration a is simply g, and substituting in the formula, we find weight = mg (When anything is at rest, the acceleration is zero, of course, because the force from the ground balances the weight.) We measure weight in pounds or newtons, the usual units of force. As an example, we’ll find the weight of 1 kg mass on earth in both newtons and pounds: weight = mg = (1kg) (9.8m/s2 ) = 9.8N = 2.2lb. (Adapted from Physics, an introduction by Jay Bolemon, 1989) ----------------------------------------------------- TRỌNG LƯỢNG VÀ KHÔNG TRỌNG LƯỢNG Có lẽ không có gì ăn sâu vào giác quan của chúng ta bằng sự kéo vĩnh viễn của trái đất lên môi trường xung quanh chúng ta. Nó luôn luôn có, không bao giờ thay đổi. Nó đang ôm chặt chất rắn, chất lỏng và chất khí vào bề mặt trái đất trong hơn 4 tỷ năm. Lực hấp dẫn của Trái Đất được xây dựng thành các mô tả về thế giới của chúng ta bằng những từ như lên, xuống, và trọng lượng. Chính xác thì trọng lượng là gì? Trọng lượng là một lực, không hơn không kém. Trọng lượng của bạn là sự kéo của hấp lực trái đất lên cơ thể bạn. Tương tự như vậy, trọng lượng xe hơi của bạn là sức hút của trái đất lên nó. Khối lượng càng lớn thì sức hút càng mạnh. Hai xe tải nhỏ y hệt chính xác nặng gấp đôi. Tuy nhiên, khối lượng và trọng lượng là không giống nhau; chúng được đo bằng hai cách khác nhau, quán tính và lực. Ví dụ, hãy xem xét các viên đá mang từ bề mặt mặt trăng bởi các phi hành gia. Do Do sức hút hấp dẫn của trái đất mạnh hơn, các viên đá này nặng hơn trên Trái Đất, khoảng sáu lần khi chúng chúng được cân trên mặt trăng. Nhưng khối lượng của chúng, sức cản của chúng để thay đổi vận tốc, vẫn giống nhau; chúng có cùng lượng vật chất trên trái đất cũng như trên mặt trăng. Mặc dù trọng lượng và khối lượng không giống nhau, hầu hết chúng ta không phân biệt giữa chúng, giả sử ai đó trao bạn hai cuốn sách và hỏi cái nào nặng hơn. Gần như chắc chắn bạn sẽ cân một cuốn trong mỗi tay và chọn cuốn nặng hơn. Được đấy chứ, vì cuốn nặng hơn thì có khối lượng nhiều hơn. Nhưng nếu hai cuốn sách đặt trên bàn phẳng, bạn chỉ có thể đẩy lùi và tới mỗi cuốn để xem cuốn nào có quán tính lớn hơn. (Trọng lượng của chúng không còn hiệu lực, đang được cân bằng bởi lực đẩy lên từ bàn). Thậm chí sau đó, chỉ ra cuốn nào khó thu gia tốc hơn, bạn có thể theo thói quen vẫn còn nói Cuốn đó nặng hơn. Vấn đề ở đây là cuốn đó thu gia tốc khó hơn chỉ bởi nó có khối lượng lớn hơn. Một phi hành gia có thể nhấc lên một hòn đá lớn trên mặt trăng với lực ít hơn nhiều so với yêu cầu trên trái đất. Nhưng nếu phi hành gia xô hòn đá theo hướng ngang, nó sẽ mất nhiều sức đẩy để gia tốc, cho hay khoảng 1,5 (m/s2) như trên trái đất. Có một sự khác biệt giữa trọng lượng và khối lượng. Để đo trọng lượng của bạn, bạn có thể sử dụng một đĩa cân phòng tắm, là lò xo giãn ra nếu nó được kéo (hoặc nén lại nếu nó được đẩy). Khi bạn bước lên đĩa cân, con trỏ của lò xo sẽ ghi một lực càng ngày càng lớn dần cho đến khi bạn ở trạng thái nghỉ, được hỗ trợ hoàn toàn bởi đĩa cân. Sau đó đĩa cân cho bạn thấy có bao nhiêu lực (từ lò xo) cân bằng lực kéo hấp dẫn lên khối lượng của bạn, và lực này bằng với trọng lượng của bạn. Nếu bạn bước xuống và uống hai tách cà phê rồi sau đó bước trở lại lên đĩa cân, bạn sẽ nặng thêm khoảng 0,5 (kg). Nhưng giả sử người nào đó buộc đĩa cân nhỏ vào đôi chân mình và nhảy từ đỉnh thang đứng. Bạn có thể tưởng tượng điều gì sẽ xảy ra, mặc dù bạn không nên thực sự thử nó. Trong khi anh ta rơi, đĩa cân sẽ rơi cùng với anh ta - nó sẽ không ủng hộ anh ta, và anh ta không thể ép lên nó được. Trong tình huống này, đĩa cân sẽ hiển thị ở số không. Tất nhiên lực kéo hấp dẫn sẽ vẫn có, đang kéo anh ta khi rơi. Anh ta sẽ vẫn có trọng lượng, lực kéo hấp dẫn đặt trên cơ thể anh ta. Không có gì sẽ ngừng rơi, sẽ không có hỗ trợ lực chống lại lực kéo hấp dẫn, do đó anh ta sẽ có cảm giác không trọng lượng. Để nhảy với đĩa cân sẽ bất tiện (và nguy hiểm). Nhưng nếu bạn đeo vào một ba lô nhỏ nhét đầy sách và nhảy từ chiếc ghế xuống, bạn có thể cảm thấy trọng lượng của gói hàng tan biến từ các dây đai vai trong khi bạn rơi. Bạn cũng có thể sẽ nhảy cõng với một người bạn vào hồ bơi. Nếu bạn của bạn ở trên lưng bạn và bạn nhảy, trọng lượng của bạn bạn sẽ biến mất từ lưng bạn trong khi cả hai đang ở trên không. Tuy nhiên, trọng lượng của bạn bạn sẽ không biến mất; nó gây ra cho bạn bạn gia tốc đúng như bạn, tỷ lệ với g, hướng về nước. Đây là lý do tại sao các phóng viên đưa tin thường nói các phi hành gia là không trọng lượng khi họ đang trong quỹ đạo. Nhưng cách tốt hơn để mô tả tình trạng của họ là nói rằng họ đang rơi tự do. Từ khi mọi thứ trong tàu không gian rơi cùng nhau quanh trái đất, không có gì khác hỗ trợ bên trong. Sự thật là các phi hành gia lơ lửng và trôi nổi trong tàu vũ trụ của họ dường như là phi trọng lượng, nhưng hấp dẫn vẫn còn kéo trên cơ thể họ, vì thế họ có trọng lượng. Thuật từ không trọng lượng là dùng sai, nhưng nó được những ý tưởng trên. Trong khi rơi tự do, mọi thứ dường như không có trọng lượng tương đối với nhau. Nếu không kể sức cản không khí, mọi thứ gần mặt trái đất rơi với gia tốc g. Chúng ta có thể sử dụng thực tế này và công thức Fthực = ma để tìm trọng lượng của vật. Nếu vật nào rơi tự do (trong chân không), trọng lượng của nó là lực duy nhất tác động, vì vậy trọng lượng của nó là lực thực. Gia tốc a chỉ đơn giản là g, thế vào công thức, chúng ta tìm thấy trọng lượng = mg (Khi bất cứ vật nào ở trạng thái nghỉ, dĩ nhiên là gia tốc bằng 0, vì lực từ mặt đất cân bằng trọng lượng). Chúng ta đo trọng lượng thường bằng đơn vị cân Anh (lb) hoặc newtons (N). Ví dụ, chúng ta sẽ tìm thấy trọng lượng của 1 kg khối lượng trên trái đất trong cả hai đơn vị: trọng lượng = mg = 1 (kg).9,8 (m/s2) = 9,8 (N) = 2,2 (lb). MẠNH HIẾU lược dịch.
Posted on: Mon, 26 Jan 2015 15:02:13 +0000