§ 16. Невесомость и перегрузки

Какую силу называют силой упругости?

Вспомните закон Гука.

Какую силу называют весом тела?

1. Как вы уже знаете из курса физики 7 класса, силу, с которой тело, вследствие его притяжения к Земле, действует на опору или подвес, называют весом тела.

Если тело, подвешенное на нити или помещённое на опору, покоится или движется равномерно и прямолинейно, то его вес по модулю равен силе тяжести:

Р = mg.

Вес тела приложен к опоре или подвесу, в отличие от силы тяжести, приложенной к телу. Вес и сила тяжести имеют не только разные точки приложения, но и разную природу: сила тяжести — гравитационная сила, а вес — сила упругости.

2. Предположим теперь, что тело вместе с опорой или подвесом движется относительно Земли с ускорением. Будут ли в этом случае равны вес тела и сила тяжести?

Рассмотрим движение человека в лифте. Пусть лифт имеет ускорение , направленное вниз (рис. 52). В инерциальной системе отсчёта, связанной с Землёй, на человека действуют сила тяжести, направленная вниз, и сила упругости со стороны пола лифта, направленная вверх. Силу упругости в этом случае называют силой реакции опоры и обозначают буквой . Равнодействующая этих сил сообщает человеку ускорение.

лифт

Пользуясь вторым законом Ньютона, можно записать в векторной форме:

Направим ось У вертикально вниз и запишем это уравнение в проекциях на ось, учитывая, что F_тяж = mg, проекции ускорения и силы тяжести на ось У положительны, а проекция силы реакции опоры отрицательна. Получим:

mg - N = mа.

Отсюда:

N = mg - mа = m(g - а).

По третьему закону Ньютона вес тела по модулю равен силе реакции опоры:

Р = N.

Тогда

Р = m(g - а).

Таким образом, если тело вместе с опорой или подвесом движется с ускорением, направленным так же, как и ускорение свободного падения, то его вес меньше силы тяжести, т. е. меньше веса покоящегося тела.

Уменьшение веса вы испытываете, находясь в лифте, в момент начала его движения вниз.

Если ускорение тела равно ускорению свободного падения а = g, то вес тела Р = 0. Такое состояние называют состоянием невесомости. В состоянии невесомости пребывают космонавты в космическом корабле во время полёта, поскольку они движутся вокруг Земли с центростремительным ускорением, равным ускорению свободного падения.

Продолжение >>>