Вес тела, движущегося с ускорением: 4-й случай


Говоря о массе тела при ускоренном подъеме, мы рассматриваем три случая (помимо случая покоя или равномерного движения):

Лифт движется с ускорением вверх (перегрузка, вес больше силы тяжести, P=mg ma);
Лифт движется с ускорением вниз (вес уменьшается, масса тела меньше силы тяжести, P=mg-ma);
Лифт падает (невесомость, масса тела равна нулю, P=0).
Эти три случая качественно не исчерпывают всех ситуаций. Рассмотрение 4-го случая также имеет смысл для полноты анализа. (Действительно, во втором случае мы подразумеваем, что a < g. Третий случай является особым по отношению ко второму, когда a = g. Мы оставляем случай a > g без рассмотрения). Для этого мы можем задать студентам вопрос, который сначала вызовет у них недоумение: «Как должен двигаться лифт, чтобы человек мог ходить по потолку?». Ученики быстро «догадываются», что лифт должен двигаться вниз с ускорением, превышающим g. Действительно: по мере увеличения ускорения движения лифта вниз, согласно формуле P=mg-ma, масса тела будет уменьшаться. Когда ускорение a станет равным g, масса станет равной нулю. Если продолжать увеличивать ускорение, то можно предположить, что масса тела изменит направление.

Остается только нарисовать подходящую картинку, на которой человек стоит на потолке, а подвес закреплен на полу:

Лифт движется вниз с ускорением, направленным вниз

Затем мы можем нарисовать вектор массы тела на рисунке: P

Вес тела направлен вверх.

Поэтому художник мог бы дополнить картину, содержащуюся в названии статьи, представив четвертый случай:

4. случай ускоренного движения лифта: вес тела направлен вверх
Проблема может быть сформулирована и в обратном виде: «Какова масса тела в лифте, падающего вниз с ускорением a > g?». Эта задача немного сложнее, потому что студентам приходится преодолевать инерцию и чередовать «вверх» и «вниз».

Может возникнуть возражение, что 4-й случай не обсуждается в учебниках, потому что он не встречается на практике. Но падение лифта также встречается только в проблемах, но, тем не менее, рассматривается, потому что это удобно и полезно.

Движение вниз или вверх с ускорением можно наблюдать не только в лифте или ракете, но и в движении самолета, выполняющего фигуры высшего пилотажа, а также при движении тела по выпуклому или вогнутому мосту. Четвертый случай, который мы рассматриваем, соответствует движению по мертвой петле. В его верхней точке (центростремительное) ускорение направлено вниз, сила реакции опоры направлена вниз, а вес тела — вверх.

Related Post

Машина времени: принцип работы и ее применениеМашина времени: принцип работы и ее применение

В городе Миасса была создана машина времени. Инженер-энтузиаст Виктор Булаев соорудил в своем доме настоящую лабораторию, в которой проводит исследования. В основе устройства лежат зеркала особого вида, которые были изобретены

Гравиметрический метод анализа массовой концентрации твердых частицГравиметрический метод анализа массовой концентрации твердых частиц

Гравиметрический метод — один из наиболее часто используемых в истории измерений, а в некоторых случаях даже сегодня. Он подходит для измерений массовых концентраций, выполняемых взвешивающими фильтрами, через которые при стандартных