1. Вага тіла

Вага тіла - це сила, з якою тіло діє на горизонтальну опору чи розтягує підвіс, на якій його підвішено, внаслідок притягання Землі (мал.1а, 1б).

.На тіло, яке знаходиться на горизонтальній опорі (мал. 1а), діє дві сили: сила тяжіння і сила нормальної реакції опори .

Мал. 1а Мал. 1б

На підставі другого закону Ньютона маємо:

А оскільки тіло знаходиться в спокої, то

тобто модулі цих сил рівні:

Крім того, за третім законом Ньютона сила реакції опори дорівнює за модулем і протилежна за напрямом силі, з якими тіло діє на опору, тобто вазі тіла.

Вага тіла чисельно дорівнює силі тяжіння, якщо тіло знаходиться в спокої і відрізняється від неї лише точкою прикладання (вектор ваги тіла на відміну від сили тяжіння, що має гравітаційну природу, прикладено до опори чи підвісу, а силу тяжіння - до тіла). Оскільки , то вага тіла також залежить від широти місцевості: максимальна на полюсах і мінімальна на екваторі. Якщо ж тіло чи підвіс будуть рухатись із прискоренням, то вага тіла буде відрізнятись від сили тяжіння, тобто . Розглянемо це на таких прикладах:

1. Під час руху тіла (людини в ліфті) із прискоренням вага тіла буде дорівнювати: вниз - , вгору - (рис. 2.а, 2б):

Мал. 2а. Мал. 2б

2. Під час руху тіла по випуклому мосту (рис.3) доцентрове прискорення буде напрямлене вниз, відповідно вага тіла буде дорівнювати:

а під час руху тіла по ввігнутому мосту (мал. 4)

Мал 3. Мал. 4

3. Під час руху тіла на динамометрі із прискоренням прискорення можна підібрати таким, щоб воно дорівнювало g₀ (a = 9,8 м/с2 чи  = 9,8 м/с²). При цьому вага тіла дорівнюватиме нулю. У цьому стані тіло не тисне на опору і не розтягує підвіс (динамометр показує 0), тобто знаходиться в стані невагомості.

2. Невагомість

Невагомість - стан механічної системи, при якому дія на систему зовнішніх сил не викликає взаємного тиску частинок цієї системи. При цьому всі частинки даної системи знаходяться в невагомості і вага тіла дорівнює нулю, а діє лише сила тяжіння. У цьому випадку сила тяжіння виявляється лише динамічно, надаючи всій системі і тілам (тілу, опорі або підвісу), які знаходяться в ній, однакового прискорення.

Взагалі тіло під дією зовнішніх сил буде знаходитись у стані невагомості в тому разі, якщо:

1. дія зовнішніх сил є силою тяжіння;

2. сили поля тяжіння надають всім частинкам тіла однакового прискорення у будь-якому його положенні;

3. початкові швидкості всіх частинок тіла однакові.

Досліди з тілом, підвішеним до динамометра, підтверджують також попередні розрахунки ваги.

Вага тіла, напрям прискорення якого збігається з напрямом прискорення вільного падіння, менша за вагу тіла під час його перебування в спокої.

Якщо прискорення тіла напрямлене в бік, протилежний прискоренню вільного падіння, його вага стає більшою від ваги тіла під час його перебування в спокої. Збільшення ваги тіла, викликане його прискореним рухом, називають перевантаженням. Перевантаження, наприклад, зазнає пілот, що виводить літак з пікірування (рис.5). У нижній частині траєкторії літак рухається по колу з доцентровим прискоренням, напрямленим до його центра по вертикалі вгору.

Мал. 5.

Абсолютне значення прискорення

Але його проекція на вертикальну вісь, напрямлену вниз, від'ємна:

Тому вагу пілота, тобто силу, з якою він діє на опору (крісло), визначають за формулою:

Таким чином, вага пілота більша від його "нормальної" ваги, що дорівнює mg, на величину , тобто пілот зазнає перевантаження. Якщо під час виходу із пікірування доцентрове прискорення перевищує за абсолютним значенням прискорення вільного падіння g в n раз , то вага пілота

тобто вона буде в (n + 1) разів більшою від нормальної ваги пілота.

Під час перевантаження збільшують свою вагу і внутрішні органи організму пілота, збільшується сила, з якою вони діють один на одного і на його кістяк (скелет). Це викликає больові відчуття, а надмірні перевантаження можуть стати небезпечними для здоров'я. Треновані пілоти витримують перевантаження до 10mg (зазвичай перевантаження виражають не через величину mg, а через величину g і говорять, що перевантаження дорівнює, наприклад 10g ).