משקל (פיזיקה)

משקל העצם מסומן כ-mg. המשקל הנדמה הוא N כאשר הגוף בהתמדה

משקל (באנגלית: Weight) הוא כוח הכבידה שמפעיל גרם שמים על עצם שנמצא בסמוך אליו. במערכת MKS, משקל נמדד ביחידות ניוטון. כיוון שהוא סוג של כוח, לפעמים מודדים משקל גם בקילוגרם-כוח (קג"כ).

בשפת היום-יום משתמשים במילה משקל לציון שני מושגים נוספים. האחד הוא מסה שאיננה מהווה כוח אלא תכונה של העצם. במילה משקל משתמשים גם לציון "המשקל הנדמה" (apparent weight), שהוא הכוח שמפעילה תמיכה על העצם. כך למשל, הכוח שמפעילה עלינו הקרקע, ואותו אנו חשים, הוא המשקל הנדמה.

משקל ומסה

מסה היא תכונה פנימית של הגוף, ואינה תלויה במערכת הייחוס (להוציא אפקטים יחסותיים). מסה נמדדת בקילוגרמים. משקל, לעומת זאת, מתאר את הכוח הפועל על גוף, והוא משתנה בהתאם לגרם השמים שמושך את העצם. כך למשל, משקל של גוף על הירח יהיה קטן יותר מאשר משקלו על כדור הארץ.

הבדל חשוב נוסף הוא כי המסה היא סקלר, והמשקל הוא וקטור. כלומר, המסה אינה פועלת בכיוון מסוים, שכן אין משמעות לטענה שהמסה היא 50 ק"ג בכיוון ימין, לדוגמה. המשקל הוא גודל ווקטורי, והוא פועל בכיוון אחד. על כן המסה תישמר גם בתנאים של חוסר כבידה, בחלל למשל.

בחיי היומיום, לרוב משתמשים במלה משקל במשמעות של מסה, וזאת כי אנו משתמשים במכשיר הקרוי "משקל" כדי למדוד מסה. כשאנו קונים תפוחים, לדוגמה, אנו מודדים את מסת התפוחים בעזרת מכשיר המודד את הכוח שהתפוחים מפעילים על משטח או על קפיץ תלוי. מדידה זו אינה מודדת את מסת התפוחים, אלא את משקלם. כיוון שבין המשקל למסה יש יחס ישר, ניתן להסיק ממדידת המשקל את המסה. יש לשים לב שבמדידה זו אנו מסתמכים על כך שתאוצת הכובד שווה בקירוב טוב בכל מקום על פני כדור הארץ. לכן, המשקל של שקית תפוחים לא תלוי במיקום שבו היא מתבצעת.

משקל נדמה

לתאוצה של מערכת הייחוס יש השפעה על המשקל הנדמה, אך לא על המשקל הרגיל ולא על המסה. במעלית המאיצה כלפי מעלה אנו מרגישים משקל גדול יותר, כלומר המשקל הנדמה גדול יותר. אולם, מסת גופנו והמשקל שלו לא משתנים. חשוב לציין כי זו אינה רק "תחושה" - אם נעמוד על משקל הוא אכן ימדוד משקל נדמה גדול יותר בזמן שהמעלית מאיצה כלפי מעלה. למעשה, אין דרך ניסיונית להבחין בין הימצאות במעלית מאיצה לבין הימצאות בשדה כבידה. זהו אחד מהעקרונות המרכזיים בתורת היחסות הכללית של איינשטיין.

המשקל הנדמה הוא הכוח שמפעילה תמיכה על גוף, כך שלא יפול בנפילה חופשית. חשוב לשים לב כי כאשר אומרים שהגוף לא נופל, מגדירים למעשה מערכת ייחוס שיחסית אליה הגוף לא נע. נבחן ניסוי בו שוקלים את שקית התפוחים במעלית המאיצה כלפי מעלה, על ידי הנחה על משקל אלקטרוני, לדוגמה. המשקל מודד את הכוח הנורמלי שהוא מפעיל על השקית. במערכת המעלית, השקית אכן לא נמצאת בתאוצה, והכוח הנורמלי שפועל עליה הוא $\ \sum F=mg+ma$, כאשר $\ a$ היא תאוצת המעלית. כיוון שהכוח שנורמלי שהמשקל מפעיל גדל, נובע כי המשקל, כפי שהוגדר, משתנה. חשוב לזכור כי למדען המבצע את הניסוי במעלית אין כלל יכולת לדעת שהוא במערכת מאיצה. ואכן, אם הוא לא יכייל את הקפיץ מחדש, הוא יטעה בחישוב מסת התפוחים.

"חוסר משקל"

במערכת החללית, האסטרנאוטים מרגישים חסרי משקל

אסטרונאוטים הנמצאים במסלול לווייני סביב כדור הארץ מרגישים "חוסר משקל", כלומר המשקל הנדמה שלהם הוא 0. האסטרונאוטים, יחד עם החללית, מקיפים את כדור הארץ במסלול מעגלי ולכן ניתן להבין שפועל עליהם כוח כבידה, אולם הם נמצאים בנפילה חופשית יחסית לכדור הארץ ולכן לא פועל עליהם כוח, אף על פי שיש להם מסה.

אם נכליל את המקרים שבחנו - האסטרנאוטים במסלול והתפוחים במעלית - נוכל לומר באופן הכללי ביותר, שמשקלו של גוף הנמצא במנוחה במערכת מסוימת, שווה למסתו מוכפלת בתאוצת הנפילה החופשית במערכת. לתאוצת נפילה החופשית יחסית למערכת קוראים שדה הכבידה האפקטיבי או בקיצור g האפקטיבי. יחסית לחללית, g האפקטיבי הוא אפס (כי אם משחררים גוף, הוא לא מאיץ כלל יחסית לחללית), ולכן משקלם של האסטרונאוטים הוא אפס. במעלית מאיצה כלפי מעלה, g האפקטיבי גדול יותר מברחבת השוק, ולכן התפוחים ישקלו יותר במעלית מאשר בשוק.

חשוב להבין כי כאשר גוף מונח על משטח או תלוי על חוט, הכוח המחזיק אותו (הכוח הנורמלי או המתיחות) וכוח הכובד אינם בהכרח צמד פעולה-תגובה.

השתנות המשקל על פני כדור הארץ

שדה הכבידה על פני כדור הארץ אינו אחיד ממש, אלא רק בקירוב. השוני בין מקומות שונים נובע מכך שכדור הארץ אינו עגול אלא פחוס, וכן מאפקטים של הכוח הצנטריפוגלי הנובע מסיבוב כדור הארץ סביב צירו. תאוצת הכובד הממוצעת על פני כדור הארץ היא בסביבות 9.8m/s², אך היא משתנה בטווח של עשיריות האחוז.

תאוצת הכובד במקומות שונים על כדור הארץ (m/s²)

אמסטרדם	9.813	גלזגו	9.816	פריז	9.809
אתונה	9.807	הוואנה	9.788	ריו דה ז'ניירו	9.788
אוקלנד	9.799	הלסינקי	9.819	רומא	9.803
בנגקוק	9.783	כווית	9.793	סן פרנסיסקו	9.800
בריסל	9.811	ליסבון	9.801	סינגפור	9.781
בואנוס איירס	9.797	לונדון	9.812	סטוקהולם	9.818
כלכותה	9.788	לוס אנג'לס	9.796	סידני	9.797
קייפ טאון	9.796	מדריד	9.800	טאיפיי	9.790
שיקגו	9.803	מנילה	9.784	טוקיו	9.798
קופנהגן	9.815	מקסיקו סיטי	9.779	ונקובר	9.809
ניקוסיה	9.797	ניו יורק	9.802	וושינגטון	9.801
ג'קרטה	9.781	אוסלו	9.819	ולינגטון	9.803
פרנקפורט	9.810	אוטווה	9.806	ציריך	9.807

מכאן נובע, לדוגמה, כי משקלה של שקית תפוחים בשוק של ציריך יהיה גדול ב 0.24% ממשקל אותה שקית בבנגקוק.

ראו גם

• כוח (פיזיקה)
• כבידה
• תאוצה