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加速下落是失重還是超重

生活 更新时间:2025-02-08 04:19:03

如圖1,物體(或人體)A靜置在支持物B上面。圖中有三個力,地球對A的吸引力重力 G,A對B向下的正壓力FN1,B對A向上的支持力FN2。後面兩個力都是由重力派生出來的:A受到的重力集中在底面,壓在B上産生FN1,導緻B同時對A産生反作用力FN2。其中FN1、 FN2 是一對互逆的作用力與反作用力,大小相同、方向相反、同生同息。它們分别作用在B和A上,是不能互相抵消的。G 和FN2同時作用在A上,是一對平衡力,互相抵消,使A達到動力學平衡, A為靜止狀态。 G 和FN1等大同向,分别作用在A和B上。

加速下落是失重還是超重(超重失重是哪個力在變化)1

失重、超重一般是對A而言。

在地球上,物體(或人體)A超重失重與自身的運動狀态,特别是與A自身上下方向的加速度a密切相關。

1 靜止或勻速直線運動狀态下,a=0,地面上的物體對支持物的正壓力FN1=重力mg。所以人們往往把這兩個方向相同的力混為一談,其實兩者差别大得很。有時候把正壓力FN1稱為視重,把重力mg稱為實重(參見圖1)。

2 在A處于上下方向變速運動狀态時,a ≠ 0,正壓力FN1就不等于重力mg了。

(1)當物體的加速度向上(即物體向上加速或向下減速)時a>0,FN1>mg,物體對支持物産生了更大的壓力。使人們覺得物體似乎超過了自身重量,稱之為超重現象;

(2)反之,當物體的加速度向下(即物體向下加速或向上減速)時a<0,FN1<mg,物體隻對支持物産生較小的正壓力,使人們覺得物體似乎輕于自身重量,稱之為失重現象;

(3) FN1=0時,物體對支持物産生完全沒有正壓力,稱之為完全失重。此時感覺物體是“飄浮”在空中的。

有人要問,當物體(或人體)A超重失重時,是哪個力在變化呢?

既然A超重失重與上下方向上的加速度不等于零相關,那麼,一定和A受到上下方向上的合外力FR不等于零有關。

如上所述,根據受力分析(假設所有矢量向上為正值),A受到的合外力FR=G FN2。物體(或人體)A受到兩個外力,G 和FN2。既然G 方向與大小都不會變,那一定是FN2發生了變化。說白了就是:物體(或人體)A的超重失重現象是由支持物B對A向上的支持力FN2的大小、方向決定的。

表1列出了質量為1公斤的物體A 超重、失重的簡單實例計算值列表(矢量向上為正值,力的單位:牛,加速度單位:米/秒^2)

加速下落是失重還是超重(超重失重是哪個力在變化)2

物體和人體A超重、失重所受變化的外力FN2有兩個來源:A或 B,即人體A(肌肉)主動發力或人體被動受到B的施力。前者實例是人體在體育運動中的加速下蹲或蹬伸;後者實例是人乘電梯或飛行器的加速上下運動。

1 FN2來源于B

當人或物體乘電梯或飛行器時,使其産生加速度的力顯然來自B的提供,即來自B的動力。比如人乘電梯上下的受力,肯定是來自拉動轎廂鋼絲繩的電動機動力,通過轎廂地闆對人體産生作用力(即B對A的作用力FN2)。FN2對A的作用力分為兩部分,一部分抵消重力G(大小、方向固定不變),另一部分給A以加速度(大小、方向可變),這部分實際上就是A所受到的合外力FR。

2 FN2來源于A

當人們進行各項陸上體育運動時,地面B往往可以看成是靜止不動的,它不可能主動提供FN2驅動人體。此時驅動人體整體運動的外力FN2隻能是來源于A。由A發力給自己提供加速度,聽起來有點不可思議。這明顯違反牛頓力學定律?真實情況是:人體A肌肉發力和重力一起,作用于靜止的外部環境大地(B)形成FN1(蹬地力),由此引起地面的反作用力FN2(支反力)。正是借助于支反力這個外力FN2,才使得推動人體整體運動,獲得加速度成為可能。不依靠外力,肌肉力量再大也不可能直接給自己加速度。比如,力量再大的大力士也不能提着自己的頭發使自己離開地面。

所以我們可以說:各項陸上體育運動中人體獲得加速度的直接來源是支反力FN2,根本來源是人體肌肉的發力。

人體對地面産生的蹬地力FN1之中,既包括不變的重力G,也包括可變的肌肉發力。而體育運動中肌肉發力的大小、方向是人體根據運動需要可自控、可調節的。

3 FN2來源于A和B。

這種力學情景更複雜一點,比如運行中電梯的乘客再發力下蹲或蹬伸跳起。

綜上所述,前面的問題我們就不難回答了:超重失重是哪個力在變化?

答曰:重力并沒有變化,是物體(或人體)A下面的支持物B對A的支持力(或支反力)FN2發生了變化。它提供了A獲得加速度的合外力,從而影響了A的超重和失重狀态。

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