Vikt – gravitationens kraft och skillnaden mot massa

Förstå skillnaden mellan vikt och massa: hur gravitation bestämmer tyngd, mätning på jorden och vanliga missförstånd förklarade tydligt och lättillgängligt.

Författare: Leandro Alegsa

Ett föremåls vikt (eller vikten av en mängd materia) är ett mått på den kraft som det lokala gravitationsfältet utövar på föremålet. Vikt är en kraft och därför en vektorstorhet med riktning mot gravitationskällan – för små föremål på jorden normalt mot planetens centrum. För större objekt, till exempel månen som kretsar runt jorden, riktas kraften mot det kombinerade systemets masscentrum.

I vardagligt tal används ofta ordet ”vikt” för det värde som uppmäts nära jordytan, och man uttrycker detta med enheter som kilogram eller pund. Det leder till förvirring eftersom kilogram i SI-systemet är en enhet för massa, inte för kraft. Massa och vikt är besläktade men olika begrepp: massa är en inneboende egenskap hos ett föremål, medan vikt är den gravitationella kraft som verkar på den massan.

Skillnaden mellan vikt och massa

Massa beskriver hur mycket materia ett föremål innehåller och är en skalär storhet (anges i kilogram, kg). Massa bestämmer också ett föremåls tröghet, dvs. hur svårt det är att ändra dess rörelse.

Vikt är den kraft som verkar på massan i ett gravitationsfält. Viktkraften ges av formeln F = m·g, där F är vikten (i newton, N), m är massan (i kg) och g är gravitationsfältets styrka (i m/s²). Vid jordytan är g ungefär 9,82 m/s² (värdet varierar något med höjd och latitud). En massa på 1 kg har alltså en vikt på cirka 9,82 N vid jordytan.

Enheter och mätning

  • SI-enhet för vikt (kraft): newton (N).
  • Vanlig vardagsenhet för massa: kilogram (kg). Många vågar visar kilogram och anger i praktiken massan eller ett viktningsvärde omräknat till "kgf" (kilogram-force), vilket är en äldre kraftenhet.
  • Mätinstrument:
    • En fjärdevåg eller kraftsensor mäter direkt den kraft som verkar och visar vikt i newton (eller kilogram-force).
    • En balansvåg (jämviktsvåg) jämför två massor och bestämmer massan oberoende av absolut värde på g, eftersom samma gravitation verkar på båda sidor. Därför ger balansvågar rätt massa även på andra planeter (under samma gravitationseffekt på båda sidor).

Faktorer som påverkar vikten

  • Variation i gravitationsfältet: g är inte exakt samma överallt på jorden — det varierar med latitud, höjd och lokala massfördelningar. Därför förändras vikten något om man flyttar sig långt bort eller högre upp.
  • Arbetsmässig eller upplevd vikt (apparent vikt): En våg mäter oftast den normalkraft som verkar på ett föremål. Om andra krafter finns (t.ex. uppdrift från luft eller acceleration i en hiss) skiljer sig denna normalkraft från den rena gravitationskraften. I en hiss i fritt fall eller i omloppsbana (fri fall) är upplevd vikt nära noll — man upplever tyngdlöshet även om gravitationen fortfarande verkar.
  • Arkimedes uppdrift: I en vätska eller gas minskar den uppmätta vikten med den uppåtriktade bärkraften (uppdriften), vilket gör att en våg kan visa ett lägre värde än den rena gravitationskraften.

Exempel

Om ett föremål har massan 10 kg och befinner sig nära jordytan där g ≈ 9,82 m/s², blir vikten:

F = m·g = 10 kg · 9,82 m/s² ≈ 98,2 N.

På månen är månens gravitationsacceleration ungefär 1,62 m/s², så samma 10 kg har vikten ≈ 16,2 N på månen — alltså cirka 0,165 gånger sin jordiska vikt.

Ytterligare anmärkningar

Begreppen inert mass och gravitationell massa är förenligt i praktiken: de två typerna verkar vara lika enligt experiment (detta ligger till grund för Ekvivalensprincipen). I vardagligt bruk används dock ofta ”kilogram” för att ange det tal som visar hur tungt något känns eller vad en våg visar; för fysikaliskt noggranna sammanhang måste man skilja strikt mellan massa (kg) och vikt (N).

Sammanfattningsvis: massa är mängden materia, vikt är kraften som denna massa utsätts för i ett gravitationsfält. De är proportionella i ett givet gravitationsfält (F = m·g), men inte identiska begrepp.

Viktenheter

Viktenheten i det internationella enhetssystemet är newton, som representeras av symbolen "N".

Andra enheter har använts tidigare men har övergivits, t.ex. dyne (enheten för kraft i det gamla CGS-systemet) eller kilogramkraft, som är den kraft som en "vanlig" jord utövar på ett kilogram materia: en kropp med en massa på 1 kg väger cirka 9,81 N på havsnivå.

Mätning av vikt

Vikten av ett föremål eller en mängd materia mäts vanligtvis med ett instrument som en fjädervåg. Vågen innehåller en fjäder som ger en kraft som motverkar gravitationskraften på det föremål som vägs. Gravitationskraften drar neråt, fjädern trycker eller drar uppåt. Vanligtvis har vågen en avläsning som inte anger vikten (som är en kraft) utan snarare föremålets massa. Fjädervågar tillverkas med antagandet att de används på jordens yta. Om en fjädervåg togs med till månen skulle den ge en missvisande avläsning.

En våg är en anordning som jämför vikten av två föremål i samma gravitationsfält: den avgör om det ena föremålet är tyngre eller lättare än det andra.

Vikten är variabel

Vikt är inte en inneboende egenskap hos materia eftersom det lokala gravitationsfältet som genererar den kraft som kallas vikt är variabelt i tid och rum:

  • Eftersom jordens dragningskraft minskar som kvadraten på avståndet till dess centrum är vikten av ett föremål något mindre på hög höjd (t.ex. på toppen av ett berg) än på havsnivå, eller vid ekvatorn än vid polerna (eftersom jorden är något utbuktande).
  • Ett godtyckligt föremål på jorden dras också till alla andra himlakroppar, till exempel månen. Därför kommer dess vikt att vara mindre när månen står ovanför jorden än när månen står på andra sidan jorden.
  • Vikt är inte enbart definierat för jorden: En astronaut väger sex gånger mindre på månens yta än på jordens yta.
  • Tyngdlöshet är ett uppenbart tillstånd som astronauter eller satelliter i omloppsbana runt en planet upplever. I själva verket är det deras vikt (gravitationskraft) som är den kraft som håller dem i omloppsbana. Föremål i omloppsbana rör sig med mycket hög hastighet. För satelliter som befinner sig i en omloppsbana 300-500 kilometer över jorden är denna hastighet cirka 27 000 km/h. Utan jordens dragningskraft skulle de flyga iväg i en rak linje. Gravitationens dragningskraft gör att de faller mot planeten. Kombinationen av hög sidohastighet och konstant dragning mot jordens centrum gör att deras bana böjs så att de stannar i omloppsbana.

Relaterade sidor

Frågor och svar

F: Vad är ett föremåls vikt?


S: Ett föremåls vikt är ett mått på intensiteten i den kraft som det lokala gravitationsfältet utövar på detta föremål.

F: Hur skiljer sig vikt från massa?


S: Vikt bör inte förväxlas med massa eftersom vikt är ett mått på gravitationskraften på ett föremål medan massa är den mängd materia som finns i föremålet.

F: Vart är tyngdkraften riktad för små föremål på jorden?


S: För små föremål på jorden är tyngdkraften riktad mot planetens mitt.

F: Vart riktas tyngdkraften för större föremål, t.ex. månen som kretsar runt jorden?


S: För större objekt som månen som kretsar runt jorden riktas tyngdkraften mot det kombinerade systemets masscentrum.

F: Vad har lett till förvirring mellan massa och vikt?


S: Att använda samma termer för att beskriva och mäta de två olika egenskaperna har lett till förvirring mellan massa och vikt.

F: Är massa och vikt samma sak?


S: Massa och vikt är inte samma sak.

F: Har föremål med samma massa samma vikt?


S: Objekt som har samma massa har samma vikt. Ett föremål med dubbelt så stor massa som ett annat kommer också att ha dubbelt så stor vikt.


Sök
AlegsaOnline.com - 2020 / 2025 - License CC3