9.4-Weight

9.4-Weight Important Formulae

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  • Assess the force of gravitation exerted and compute mass of an object on earth and moon.

Weight is a fundamental concept in physics, particularly in the study of gravitation. It is defined as the force exerted by gravity on an object due to its mass. Weight is a vector quantity, which means it has both magnitude and direction, directed towards the center of the Earth (or any other celestial body).

Weight and Mass

While mass measures the amount of matter in an object, weight measures the gravitational force acting on that mass. The relationship between weight ($W$), mass ($m$), and acceleration due to gravity ($g$) is given by the formula:

$W = mg$

Where:

  • $W$ is the weight of the object (measured in newtons, N).
  • $m$ is the mass of the object (measured in kilograms, kg).
  • $g$ is the acceleration due to gravity (approximately $9.81 \, \text{m/s}^2$ on the surface of the Earth).
Understanding Acceleration Due to Gravity

The acceleration due to gravity, denoted as $g$, varies slightly depending on location on the Earth's surface. It is generally accepted as:

$g \approx 9.81 \, \text{m/s}^2$

This value can change due to altitude and geographical factors, such as the Earth's rotation and its shape (the Earth is not a perfect sphere).

Calculating Weight

To find the weight of an object, multiply its mass by the acceleration due to gravity. For example, if an object has a mass of $10 \, \text{kg}$, its weight can be calculated as follows:

$W = mg = 10 \, \text{kg} \times 9.81 \, \text{m/s}^2 = 98.1 \, \text{N}$

Weight in Different Gravitational Fields

The weight of an object can differ when measured in different gravitational fields. For instance, on the Moon, where $g \approx 1.62 \, \text{m/s}^2$, the weight of the same $10 \, \text{kg}$ object would be:

$W = mg = 10 \, \text{kg} \times 1.62 \, \text{m/s}^2 = 16.2 \, \text{N}$

This illustrates that while the mass remains constant, the weight decreases in a weaker gravitational field.

Factors Affecting Weight
  • Mass: The greater the mass of an object, the greater its weight.
  • Gravitational Field Strength: The weight of an object is directly proportional to the strength of the gravitational field it is in.
Units of Weight

Weight is measured in newtons (N) in the International System of Units (SI). One newton is defined as the force required to accelerate a one-kilogram mass by one meter per second squared:

$1 \, \text{N} = 1 \, \text{kg} \cdot \text{m/s}^2$

Weight vs. Mass in Everyday Context

In everyday language, the terms "weight" and "mass" are often used interchangeably, but they have distinct meanings in physics. Understanding the difference is crucial in scientific contexts. For example:

  • A scale measures weight, providing the force of gravity acting on an object.
  • Mass remains constant regardless of location, while weight changes with the gravitational field strength.
Applications of Weight

Weight is essential in various applications, such as:

  • Engineering and construction, where the weight of materials must be considered for safety.
  • Aerospace, where the weight of spacecraft affects fuel consumption and design.
  • Everyday activities, such as lifting and carrying objects, where understanding weight helps prevent injuries.


Jim Campbell/Aero-News Network, CC BY 3.0, via Wikimedia Commons

9.4-Weight

वजन (Weight) एक बल है जो पृथ्वी या किसी अन्य ग्रह के गुरुत्वाकर्षण के कारण किसी वस्तु पर कार्य करता है। यह बल वस्तु के द्रव्यमान और ग्रह के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के बीच संबंध को दर्शाता है।

वजन को आमतौर पर "W" द्वारा दर्शाया जाता है और यह द्रव्यमान (Mass) और गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र (Gravitational Field) के गुणनफल के रूप में व्यक्त किया जाता है।

वजन का सूत्र

वजन को इस प्रकार परिभाषित किया जाता है:

वजन = द्रव्यमान × गुरुत्वाकर्षण बल

अर्थात, $W = m \cdot g$

जहां,

  • $W$ = वजन (Weight) (न्यूटन में)
  • $m$ = द्रव्यमान (Mass) (किलोग्राम में)
  • $g$ = गुरुत्वाकर्षण का त्वरण (Acceleration due to gravity) (मीटर/सेकंड2)

पृथ्वी पर, गुरुत्वाकर्षण का त्वरण $g$ लगभग $9.8 \, \text{m/s}^2$ है, लेकिन अन्य ग्रहों पर यह मान भिन्न हो सकता है। उदाहरण के लिए, चाँद पर गुरुत्वाकर्षण का त्वरण लगभग $1.6 \, \text{m/s}^2$ है।

वजन और द्रव्यमान में अंतर

वजन और द्रव्यमान के बीच महत्वपूर्ण अंतर है:

  • द्रव्यमान: द्रव्यमान एक स्थिर गुण है जो वस्तु के पदार्थ की मात्रा को दर्शाता है। यह किसी भी स्थान पर समान रहता है, चाहे वह पृथ्वी पर हो या किसी अन्य ग्रह पर।
  • वजन: वजन वस्तु पर लगने वाला बल है, जो वस्तु के द्रव्यमान और उस स्थान के गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव पर निर्भर करता है। इस कारण वजन का मान ग्रह और स्थान के अनुसार बदल सकता है।
गुरुत्वाकर्षण बल

गुरुत्वाकर्षण बल वह बल है जो किसी वस्तु के द्रव्यमान के कारण अन्य वस्तुओं को आकर्षित करता है। पृथ्वी पर इसका मान लगभग $9.8 \, \text{m/s}^2$ है।

वजन का परिवर्तन

वजन में परिवर्तन गुरुत्वाकर्षण के क्षेत्र में परिवर्तन के कारण होता है। उदाहरण के लिए, यदि आप चाँद पर खड़े होते हैं, तो आपका वजन पृथ्वी की तुलना में कम होगा, क्योंकि चाँद का गुरुत्वाकर्षण पृथ्वी से लगभग 6 गुना कम है।

वजन का मान विभिन्न स्थानों पर गुरुत्वाकर्षण के क्षेत्र के कारण बदलता है। ग्रहों पर, जैसे मंगल या शुक्र, वजन पृथ्वी से भिन्न हो सकता है, क्योंकि इन ग्रहों का गुरुत्वाकर्षण पृथ्वी से अलग होता है।

वजन और गुरुत्वाकर्षण का प्रभाव

वजन पर गुरुत्वाकर्षण बल का प्रभाव बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह किसी भी वस्तु को पृथ्वी की सतह की ओर खींचता है। यह बल पृथ्वी के केंद्र की ओर कार्य करता है और वस्तु को पृथ्वी पर बनाए रखता है।

वजन में परिवर्तन का अन्य उदाहरण अंतरिक्ष यात्री हैं, जो अंतरिक्ष में बिना गुरुत्वाकर्षण के स्थिति में होते हैं। इस स्थिति में उनका वजन शून्य हो जाता है, लेकिन उनका द्रव्यमान वही रहता है।

इस प्रकार, वजन वस्तु के द्रव्यमान और पृथ्वी या किसी अन्य ग्रह के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के प्रभाव पर निर्भर करता है।

1. What are the differences between the mass of an object and its weight?

2. Why is the weight of an object on the moon $\dfrac{1}{6}^{\mathrm{th}}$ its weight on the earth?

Solution:

Differences Between Mass and Weight

Mass is the amount of matter in an object, measured in kilograms (kg). It remains constant regardless of location. Weight, however, is the force exerted by gravity on that mass, measured in newtons (N). Weight varies based on the gravitational pull of the celestial body.

The weight of an object on the moon is $\frac{1}{6}$th of its weight on Earth due to the moon's weaker gravitational force. The moon’s gravity is about 1.6 m/s², compared to Earth's 9.8 m/s², causing objects to weigh significantly less on the moon.