1. Что такое вес тела? 2. В каком случае вес тела равен силе тяжести по модулю и направлению?
Реши задание на изображении
Сверь числа и знаки с фото.
Теперь убедимся в том, что тело будет невесомым и в том случае, если его начальная скорость не равна нулю. Для этого возьмём полиэтиленовый пакет и примерно на \(\frac{1}{3}\) заполним его водой; затем удалим из пакета воздух, скрутив его верхнюю часть в жгут и завязав на узел (рис. 53, в). Если взять пакет за нижнюю, заполненную водой часть и перевернуть, то свитая в жгут часть пакета под действием веса воды раскрутится и заполнится водой (рис. 53, г). Если же, переворачивая пакет, удерживать жгут, не позволяя ему раскрутиться (рис. 53, д), а затем подкинуть пакет вверх, то и во время подъёма, и во время падения жгут не будет раскручиваться (рис. 53, е). Это свидетельствует о том, что во время полёта вода не действует своим весом на пакет, так как становится невесомой.
Итак, мы выяснили, что вес тела зависит от ускорения опоры, на которой оно находится, и может быть как больше, так и меньше силы тяжести. При свободном падении вес обращается в ноль.
[Рисунок: последовательность опытов с полиэтиленовым пакетом, частично заполненным водой; положения обозначены в), г), д), е); показаны пакет с закрученной верхней частью, перевёрнутый пакет, удержание жгута рукой и подбрасывание пакета вверх.]
Рис. 53. Демонстрация невесомости тел при их свободном падении
- Что такое вес тела? 2. В каком случае вес тела равен силе тяжести по модулю и направлению? 3. Приведите пример тел, находящихся в состоянии, когда сила тяжести меньше веса тела. Как называется это состояние? 4. Приведите пример тел, находящихся в состоянии, когда сила тяжести больше веса тела. 5. Что такое невесомость? Приведите примеры тел, находящихся в состоянии невесомо[обрезано]
Кратко по пунктам:
- Вес тела — сила, с которой тело действует на опору или подвес вследствие притяжения к Земле. Важно: вес приложен к опоре (подвесу), а не к самому телу.
- Вес равен силе тяжести по модулю и направлению, если тело и опора (подвес) покоятся или движутся равномерно и прямолинейно, то есть \(a = 0\). Для горизонтальной опоры при этом \(P = mg\).
- Пример: космонавт при старте ракеты, человек в лифте, движущемся с ускорением вверх. Это состояние называется перегрузкой.
- Пример: человек в лифте, движущемся с ускорением вниз (но не свободно падающем); автомобиль на выпуклом мосту; тело на наклонной плоскости. Вес меньше силы тяжести: \(P = m(g - a) < mg\). В предельном случае \(a = g\) вес обращается в ноль — это невесомость.
- Невесомость — состояние, при котором вес тела равен нулю: тело не давит на опору и не растягивает подвес. Примеры: свободно падающее тело, предметы в падающем лифте, космонавты на орбите, вода в пакете из опыта на рис. 53.
Почему так:
Вес — это сила действия на опору. Пусть опора движется вертикально с ускорением \(a\) вверх. На тело действуют сила тяжести \(mg\) вниз и сила реакции опоры \(N\) вверх. По второму закону Ньютона: \[ N - mg = ma \quad\Rightarrow\quad N = m(g + a). \] По третьему закону Ньютона тело давит на опору с силой \(P = N\), поэтому \[ P = m(g + a) > mg \] — это перегрузка.
Если ускорение направлено вниз, то \(mg - N = ma\), откуда \(N = m(g - a)\), и \[ P = m(g - a) < mg. \] При \(a = g\) получаем \(P = 0\) — невесомость. При \(a = 0\) (покой или равномерное движение) \(P = mg\), причём для горизонтальной опоры направление веса совпадает с направлением силы тяжести.
Проверка:
Формула даёт правильные предельные случаи: \(a = 0 \Rightarrow P = mg\); \(a = g\) вниз \(\Rightarrow P = 0\); \(a > 0\) вверх \(\Rightarrow P > mg\). В опыте с пакетом после подбрасывания и пакет, и вода свободно падают с ускорением \(g\), поэтому вода не давит на пакет и жгут не раскручивается — это и есть невесомость.
