我們有乘坐電梯的經驗,在電梯加速上升時感覺到自己身體變重,加速下降時又感到身體變輕。特别是電梯突然加速,這種感覺更令人感到驚詫。
在這些情況下,我們真的變得比平常更重或更輕嗎?如果把一台可以稱量體重的稱放在電梯裡,它能讀出電梯加速時你的真實體重嗎?
我們現在來做這個試驗(設重力加速度為10m/s²)。
假如你的體重為60kg。
我們先來實驗電梯加速上升時體重稱上顯示你體重的讀數。
己知該電梯加速上升時的加速度為4m/s²,啟動電梯,我們觀察體重稱的示數為84㎏。哇,竟然增重了這麼多!這是怎麼回事?
我們用牛頓定律來分析,做好力圖是我們成功分析問題的金鑰匙。如下圖所示:
由牛頓第三定律可知,我們知道你受到的秤的支持力和你對秤的壓力大小相等,故秤的讀數即為支持力的大小。由力圖可知N=F mg=ma mg
=60×(4 10)N
=840N
即可知你的體重為840÷10=84kg。
假如電梯以加速度4m/s²迅速下降,我們再觀察體重稱的讀數為36kg。怎麼又減少了這麼多?我們仍以力圖分析如下:
由力圖可知:N=mg-ma=360N,即你的體重為360÷10=36kg。
當然,我們知道不論是加速上升的體重84kg,還是加速的體重36kg,都不是你真實的體重60kg。
這裡涉及到物理學中的幾個概念:分别是視重、超重和失重。現将它們的概念叙述如下:
1視重:物體對水平支持面的壓力或者對豎直懸繩的拉力,叫做物體的視重,視重不一定等于物體所受重力,可能比重力大,也可能比重力小,
2超重:當物體存在向上的加速度時,它對支持物的壓力(或對懸挂物的拉力)大于物體的重力的現象,叫做超重.
3失重:當物體存在向下的加速度時,它對支持物的壓力(或對懸挂物的拉力)小于物體的重力的現象,叫做失重.
4完全失重:物體對支持物的壓力(或對懸挂物的拉力)等于零的狀态,叫做完全失重狀态。
我們上述所做的實驗,就是超重和失重。但是還有一下幾點需要注意:
⑴物體處于超重或失重狀态時地球作用于物體的重力始終存在,大小也沒有發生變化;
⑵超重或失重現象與物體的速度無關,隻決定于加速度的方向;
①勻減速下降、勻加速上升→ N—G= mu,N=m(g a)
②勻加速下降、勻減速上升→G—N=ma,N=m(g-a)
⑶在完全失重的狀态下,平常一切由重力産生的物理現象都會完全消失,例如:
①單擺停擺;
②天平失效;
③浸在水中的物體不再受浮力:
④液柱不再産生壓強;
⑤一隻有孔且裝滿水的水桶自由下落,下落過程中水由于完全失重而不會從桶中流出等。
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