Váha (fyzika)
Obsah boxu
Šablona:Infobox Fyzikální veličina V fyzice je váha definována jako síla, kterou těleso působí na podložku nebo závěs v důsledku gravitačního pole a dalších zrychlení (například setrvačných sil způsobených otáčením Země). Je to tedy vektorová veličina, jejíž směr je obvykle kolmý k povrchu podložky nebo ve směru závěsu. Jednotkou váhy v soustavě SI je newton (N).
V běžné řeči se však termín „váha“ často nesprávně používá pro hmotnost tělesa. Je klíčové chápat rozdíl mezi těmito dvěma pojmy.
---
Definice a vzorec
V nejjednodušším případě, kdy se těleso nachází v klidu na povrchu planety a působí na něj pouze gravitace, je váha tělesa numericky rovna tíze. Tíha je gravitační síla působící na těleso.
Základní vzorec pro výpočet tíhy (a v tomto zjednodušeném případě i váhy) je:
$F_g = m \cdot g$
Kde:
- $F_g$ je tíha (gravitační síla), měřená v newtonech (N).
- $m$ je hmotnost tělesa, měřená v kilogramech (kg).
- $g$ je gravitační zrychlení, měřené v metrech za sekundu na druhou (m/s²). Na povrchu Země je průměrná hodnota $g$ přibližně $9,81$ m/s².
Rozdíl mezi hmotností a váhou
Toto je jeden z nejčastějších fyzikálních omylů:
- Hmotnost ($m$) je skalární veličina, která udává množství látky obsažené v tělese. Je to vnitřní vlastnost tělesa a nemění se s místem (např. na Měsíci má těleso stejnou hmotnost jako na Zemi). Měří se na rovnoramenných vahách. Jednotkou je kilogram (kg).
- Váha ($F_g$) je vektorová veličina (síla), která závisí na gravitačním poli a hmotnosti tělesa. Mění se s místem (např. na Měsíci bude mít těleso menší váhu než na Zemi, protože gravitační zrychlení na Měsíci je menší). Měří se pomocí siloměru (dynamometru) nebo pružinových vah. Jednotkou je newton (N).
Přestože v běžné mluvě říkáme, že „vážíme 70 kilogramů“, fyzikálně je to nesprávné; správně bychom měli říci, že „máme hmotnost 70 kilogramů“, nebo že „naše váha je přibližně 686 Newtonů“ ($70 \text{ kg} \times 9,81 \text{ m/s}^2 \approx 686 \text{ N}$).
Tíha a váha v českém kontextu
V české fyzikální terminologii se často rozlišuje mezi pojmy tíha a váha, což může být pro laika matoucí:
- Tíha ($G$) je definována jako přímo gravitační síla, která působí na těleso. Je to to, co drží těleso u země.
- Váha je síla, kterou těleso působí na podložku nebo závěs. Za normálních podmínek (bez zrychlení) je její velikost shodná s tíhou. V situacích s akcelerací (např. ve výtahu, na oběžné dráze) se však váha může lišit od tíhy. Když je výtah zrychlován nahoru, vaše váha se zvýší; při zrychlení dolů se sníží.
---
Měření váhy
Váha se měří pomocí zařízení, které reagují na sílu. Nejběžnějšími jsou:
- Siloměr: Přístroj, který měří sílu na základě deformace pružiny nebo jiného pružného elementu.
- Pružinové váhy: Fungují na stejném principu jako siloměr, kdy se pružina stlačí nebo roztáhne úměrně působící síle.
- Digitální váhy: Využívají tenzometry, které převádějí deformaci způsobenou silou na elektrický signál, který je následně zpracován a zobrazen.
Je důležité si uvědomit, že i když tyto přístroje zobrazují výsledek v kilogramech, ve skutečnosti měří sílu (váhu) a následně ji přepočítávají na hmotnost s využitím předpokládané hodnoty gravitačního zrychlení.
---
Faktory ovlivňující váhu
Váha tělesa není konstantní a může se mírně lišit v závislosti na několika faktorech:
- Gravitační zrychlení ($g$): Tato hodnota se mění s nadmořskou výškou (klesá s rostoucí výškou nad povrchem planety) a zeměpisnou šířkou (je nejvyšší na pólech a nejnižší na rovníku kvůli zploštění Země a odstředivé síle).
- Rotace planety: Odstředivá síla způsobená rotací Země snižuje efektivní váhu tělesa, nejvíce na rovníku.
- Lokální geologické anomálie: Rozložení hustoty hornin pod povrchem může způsobit drobné odchylky v místní hodnotě $g$.
- Zrychlení soustavy: Pokud se těleso nachází v soustavě, která se pohybuje se zrychlením (např. výtah, raketa), jeho váha se změní.
---
Beztíže a mikrogravitace
Pojmy beztíže (či beztížný stav) a mikrogravitace popisují situace, kdy se zdá, že těleso nemá žádnou váhu.
- Beztíže nastává, když se těleso a jeho okolí nacházejí ve volném pádu nebo konstantním zrychlení, takže neexistuje žádný kontakt s podložkou nebo závěsem, který by vyvinul reakční sílu. Klasickým příkladem je astronaut na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS). ISS se sice nachází v silném gravitačním poli Země, ale neustále "padá" kolem Země (je na oběžné dráze), což vytváří stav zdánlivé beztíže. Jejich hmotnost zůstává stejná, ale jejich váha (síla, kterou působí na oporu) je prakticky nulová.
- Mikrogravitace je stav, kdy gravitační síla není zcela nulová, ale je velmi malá, typicky ve vzdálenosti od velkých hmotností.
---
Váha pro laiky
Představte si, že držíte v ruce jablko. Co cítíte, když ho držíte, je jeho váha. Je to ta síla, kterou jablko táhne vaši ruku dolů. Tuto sílu způsobuje to, že Země má takovou neviditelnou "lepivou" sílu, které říkáme gravitace, a ta přitahuje všechno k sobě.
Když jdete na váhu (tu, co vám ukáže číslo), většinou vám řekne, kolik máte kilogramů. Ale to není vaše váha ve smyslu síly, to je vaše hmotnost. Je to něco jako "kolik materiálu" je ve vašem těle. I kdybyste byli na Měsíci, měli byste pořád stejnou hmotnost, ale vaše váha by tam byla mnohem menší, protože Měsíc vás přitahuje slaběji. Takže:
- Hmotnost je to, kolik "hmoty" v sobě máte.
- Váha je to, jak moc vás gravitace táhne k zemi (nebo k jakékoli jiné planetě).
---
Viz také
---