§ 55. Вес тела.

Сила, с которой тело, находящееся под действием силы тяжести, действует на подставку или подвес, называется весом тела. В частности, если тело подвешено к динамометру, то оно действует на динамометр с силой своего веса. По третьему закону Ньютона динамометр действует на тело с такой же силой. Если при этом динамометр и подвешенное к нему тело покоятся относительно Земли, то, значит, сумма сил, действующих на тело, равна нулю, так что вес тела равен силе притяжения тела Землей. Таким образом, подвешивая тело к неподвижному динамометру, мы можем определить вес тела и равную ему силу притяжения, тела Землей. Поэтому динамометры нередко называют пружинными весами.

Вес возникает в результате притяжения Земли, но он может отличаться от силы притяжения Земли. Прежде всего, это может быть в тех случаях, когда кроме Земли и подвеса на данное тело действуют какие-либо другие тела. Так, если тело, подвешенное к весам, погружено в воду, то оно будет действовать на подвес со значительно меньшей силой, чем сила притяжения Земли. Эти случаи будут рассмотрены позднее (гл. VII), а сейчас рассмотрим, как изменяется вес тела в зависимости от ускорения, с которым движется само тело и подвес.

Рис. 76. Вес гири в начале опускания руки (б) меньше, а в момент остановки (в) больше, чем вес при неподвижном динамометре (а). Стрелки показывают направления ускорений

Подвесим гирю к динамометру и отметим его показание, пока динамометр и гиря покоятся; затем опустим быстро руку с динамометром и гирей и снова остановим руку. Мы увидим, что в начале движения, когда ускорение динамометра и гири направлено вниз, показание динамометра меньше, а в конце движения, когда ускорение динамометра и гири направлено вверх, больше, чем при неподвижном динамометре (рис. 76). Объяснение этому дает второй закон Ньютона. Если гиря, подвешенная к динамометру, остается в покое, значит, сила упругости пружины динамометра, направленная вверх, уравновешивает действующую на гирю силу тяжести, направленную вниз, так что вес гири равен силе тяжести. Но если гиря движется с ускорением, направленным вниз, это значит, что пружина динамометра действует с меньшей силой, чем требуется для равновесия, т. е. меньшей, чем сила тяжести; поэтому вес гири оказывается меньшим, чем при покоящихся динамометре и гире. Наоборот, если тело движется с ускорением, направленным вверх, это значит, что пружина динамометра действует на гирю с силой большей, чем сила тяжести; поэтому вес гири будет больше, чем при покоящихся динамометре и гире.

Таким образом, хотя сила тяжести не зависит от того, обладают ли весы и взвешиваемое тело ускорением относительно Земли, но вес тела оказывается зависящим от ускорения тела и весов. Поэтому при взвешивании на весах всегда необходимо учитывать, покоятся весы и взвешиваемое тело или имеют ускорение.

Хотя для покоящегося тела вес равен силе тяжести, эти две силы нужно четко различать: сила тяжести приложена к самому телу, притягиваемому Землей, а вес тела — к подвесу (или подставке).

Рис. 77. Сравнение веса тела и веса гирь-эталонов на рычажных весах

Кроме взвешивания тела, на пружинных весах можно применить другой способ взвешивания. Он состоит в непосредственном сравнении веса гирь и веса тела на равноплечем рычаге (рычажные весы, рис. 77). Равноплечий рычаг оказывается в равновесии, если на оба конца его действуют одинаковые силы. Поэтому, если к концам равноплечего рычага подвесить с одной стороны взвешиваемое тело, а с другой — гири-эталоны, подобранные так, чтобы рычаг был в равновесии, то вес тела будет равен суммарному весу гирь.

Рычажные весы позволяют взвешивать тела с гораздо большей точностью, чем обычные пружинные весы. Наиболее точные рычажные весы позволяют производить взвешивание тел с точностью до  измеряемой величины.

Широко распространены также весы с неравноплечим рычагом (например, десятичные весы). Вес тела равен весу гирь, уравновешивающих его на этих весах, умноженному на отношение плеч рычага (у десятичных весов — на 10). На таких весах можно взвешивать большие грузы при помощи относительно малых гирь.

55.1. Станьте на площадку десятичных весов и уравновесьте свой вес гирями. Затем быстро присядьте на корточки. Объясните происходящие при этом изменения показаний весов.

55.2. Будет ли изменяться показание динамометра с подвешенной гирей, если двигать руку с динамометром равномерно вниз?