同學們有過電梯體驗嗎?知道你們也沒有,好幾個班的回答都是如出一轍!那假裝你坐過電梯。居民樓的電梯速度太慢,我在大連的星海廣場坐過一回電梯。那棟樓非常高,可以俯瞰大連全景,也可以看到修建我國第一艘航母“遼甯艦”的港灣。如果電梯速度和平常一樣的話,那估計還得自帶幹糧啊。所以它的電梯運行速度很快。加速上升的時候,給人感覺就是心情非常沉重;加速下降的時候,感覺全身輕飄飄的,有一種飄飄然之感(如果纜繩斷了,這個感覺會更加明顯!旁邊人一看,哇塞!體重是0,這是人還是?估計一會兒就成了阿飄啦)。
以電梯為例,來分析其中包含的物理原理。如圖是電梯和電梯中的同學。同學受到的力:豎直向下的重力G,垂直于地面向上的支持力FN;電梯受到的力:人給它的向下的壓力F’。問題來了:電梯加速向上運行,人的重力G和壓力F’在數值上是什麼關系呢?一定相等嗎?眼見(視重)不一定為實(實重)!相親對象給你看的體重不能完全相信啊!我們運用牛頓運動定律來解決這個問題。
思路:先整體後隔離:先分析升降機整體的受力情況,推算出加速度;再隔離其中的物體,分析該加速度對人的效果是什麼。
首先進行受力分析,處于電梯中的人會受到豎直向下的重力G和垂直于地面向上的支持力FN;地面會受到垂直于地面向下的壓力F’。
根據牛二定律:FN-G=ma → FN=m(g a)
根據牛三定律:F’= FN
所以,有: F’= m(g a) a>0,
F’>G(超重)
a<0, F’<G(失重)
分情況讨論 特别地,當a=-g, F’=0(完全失重)
并給出超失重概念
a=0, F’=G(正常)
我相信,大家身邊一定有一些身材過于纖細或者肥胖的俊男靓女們,想增加一些自己的身材管理。那麼市場的一些産品就應運而生了:有的女生身材過于豐滿,她就會去吃減肥藥,但是減肥藥不僅價格昂貴,對身體也有一定的副作用,風靡一時的左旋肉堿就是其中一種;男孩子們同樣也有一定的需求,想讓自己纖瘦的肢體更加健碩一些,這樣讓女生看起來特别有安全感,這樣他就會去吃一種蛋白粉——“每天一勺蛋白粉,半年變成肌肉男”。不管蛋白粉還是減肥藥都貴,其實你完全可以找我。咱們物理老師嘛,往往不能說萬能的吧,還是有一些能耐的。
觀察以上推論我們發現:最關鍵的量是
1、加速度a .
a>0一定是超重,包括向上的加速/向下的減速運動;
a<0一定是失重,包括向上的減速/向下的加速運動;
a=0既不也不失重。
2、受力F
視重>實重,超重;
視重<實重,失重;
視重=實重,平衡。
3、慣性
超失重六邊形(各邊對應狀态對稱)
生活中常見的超重現象有什麼呢?火箭發射的瞬間會産生極大的向上的加速度,宇航員受到的壓力是地面上體重的3到4倍,這已經是人所能承受的極限壓力了。你想想有3到4 個大漢坐在你肩膀上是什麼感覺?
航天器繞地飛行,處于失重狀态,而且是完全失重狀态,極限跳傘的運動員所經曆的近似也是完全失重狀态。
超失重舉例:
超重:
①細線懸挂重物,加速上升時細線斷裂;(買了好吃的,一悠袋子斷掉了/地震燈繩斷)
(電梯靜止時不報警,向上啟動時報警。超失重現象)
②火箭升空;
③汽車過凹形橋。
失重:
①瓶中接滿水自由釋放,完全失重,故無水漏出;(水珠在太空中呈現球形)
②汽車過凸形橋;
③飛機颠簸的時候。
說明:1、不論超失重,“視重”變化,實重不變。
如:天平失效;浮力失效;液柱無壓強。
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