Сверь числа и знаки с фото.
УПРАЖНЕНИЕ 18
- Определите вес коробки массой 15 кг, стоящей на полу лифта, если лифт: а) поднимается с постоянной скоростью; б) опускается с постоянной скоростью; в) поднимается, разгоняясь, с ускорением 0,4 м/с²; г) опускается, разгоняясь, с ускорением 0,4 м/с²; д) поднимается, тормозя, с ускорением 0,2 м/с²; е) опускается, тормозя, с ускорением 0,3 м/с²; ж) свободно падает.
Кратко: на всех рисунках показывайте коробку на полу лифта. На коробку действуют \(m\vec g\) — вниз и \(\vec N\) — вверх. Вес \(\vec P\) — это сила коробки на пол: она приложена к полу и направлена вниз, причём \(P=N\). При \(g=10\) м/с² веса: а) 150 Н; б) 150 Н; в) 156 Н; г) 144 Н; д) 147 Н; е) 154,5 Н; ж) 0.
Общий шаблон рисунка
- Прямоугольник — коробка, горизонтальная черта — пол.
- Из центра коробки вниз — стрелка \(m\vec g\).
- От места касания пола вверх — стрелка \(\vec N\).
- От пола вниз, чуть в стороне, — стрелка \(\vec P\).
- Рядом покажите \(\vec v\) — куда движется лифт, и \(\vec a\) — куда направлено ускорение.
- Важно: \(m\vec g\) и \(\vec N\) приложены к коробке, а \(\vec P\) — к полу. Поэтому это не две силы, действующие на коробку.
| Пункт | \(\vec v\) | \(\vec a\) | Силы и длины стрелок | \(P\), Н |
|---|---|---|---|---|
| а) | ↑ | 0 | \(N=mg\) | 150 |
| б) | ↓ | 0 | \(N=mg\) | 150 |
| в) | ↑ | ↑ | \(N>mg\), стрелка \(\vec N\) длиннее | 156 |
| г) | ↓ | ↓ | \(N<mg\), стрелка \(\vec N\) короче | 144 |
| д) | ↑ | ↓ | \(N<mg\), \(\vec N\) чуть короче | 147 |
| е) | ↓ | ↑ | \(N>mg\), \(\vec N\) длиннее | 154,5 |
| ж) | ↓ | ↓, \(a=g\) | \(N=0\), стрелку \(\vec N\) не рисуем; \(P=0\) | 0 |
Почему так
Для коробки второй закон Ньютона в проекции на вертикаль:
\[ N-mg=ma_y \]
Отсюда:
\[ N=m(g+a_y),\qquad P=N \]
Если ускорение направлено вверх, \(a_y>0\), давление на пол и вес увеличиваются. Если вниз, \(a_y<0\), вес уменьшается. При свободном падении \(a_y=-g\), поэтому \(N=0\): коробка не давит на пол, наступает невесомость. При \(a>g\) вниз формула дала бы отрицательное значение, но это значит, что коробка просто отрывается от пола, а её вес равен нулю, а не «минус».
Проверка: например, в) \(P=15\cdot(10+0{,}4)=156\) Н; г) \(P=15\cdot(10-0{,}4)=144\) Н. Масса при этом остаётся 15 кг — меняется именно вес.
Если в учебнике берут \(g=9{,}8\) м/с², значения для а–ж будут: 147; 147; 153; 141; 144; 151,5; 0 Н. Направления стрелок на рисунках те же.