Вес тела. Перегрузки и невесомость
⚡ Физика · 9 класс
Чем вес отличается от силы тяжести
В быту слова «вес» и «сила тяжести» употребляют как одно и то же, но в физике это разные понятия, и их различие — важная тема 9 класса. Сила тяжести приложена к самому телу и вызвана притяжением Земли; она всегда направлена вниз, к центру планеты. Вес тела — это сила, с которой тело действует на опору или подвес вследствие притяжения к Земле. Ключевое отличие: вес приложен не к телу, а к опоре или нити. В состоянии покоя на горизонтальной опоре вес численно равен силе тяжести, но при движении с ускорением он может стать больше, меньше или вовсе обратиться в нуль.
Перегрузки
Если опора движется с ускорением, направленным вверх (например, лифт начинает подниматься или ракета стартует), вес тела становится больше силы тяжести:
P = m · (g + a)Такое состояние называют перегрузкой. Космонавты при старте ракеты испытывают перегрузку, в несколько раз превышающую их обычный вес, поэтому к запуску их специально готовят. Перегрузку ощущает и пассажир скоростного лифта, и пилот, выводящий самолёт из пикирования.
Невесомость
Если опора движется с ускорением вниз, вес уменьшается: P = m · (g - a). Когда ускорение опоры становится равным ускорению свободного падения, то есть тело свободно падает вместе с опорой, вес обращается в нуль — наступает невесомость. В этом состоянии находятся космонавты на орбитальной станции: и станция, и они сами свободно падают на Землю с одинаковым ускорением, поэтому космонавт не давит на пол и свободно парит.
| Движение опоры | Вес тела |
|---|---|
| Покой или равномерное движение | равен силе тяжести |
| Ускорение направлено вверх | больше силы тяжести (перегрузка) |
| Ускорение направлено вниз | меньше силы тяжести |
| Свободное падение | равен нулю (невесомость) |
Разбор примера
Человек массой 70 килограммов стоит в лифте, который начинает подниматься с ускорением 2 метра на секунду в квадрате. Найдём его вес. Ускорение свободного падения примем равным 10 метрам на секунду в квадрате.
P = m · (g + a);
P = 70 · (10 + 2);
P = 70 · 12 = 840 Н.В состоянии покоя вес этого человека был бы 700 ньютонов, а при разгоне лифта вверх он возрос до 840 ньютонов — человек ощущает себя тяжелее. При торможении лифта, идущего вверх, ускорение направлено вниз, и вес, наоборот, уменьшится.
Частые ошибки: называют вес силой, приложенной к телу; считают, что в невесомости исчезает сила тяжести — на самом деле она сохраняется, исчезает лишь вес; путают направление ускорения при разгоне и торможении лифта.
Кратко о главном
- Сила тяжести приложена к телу, вес — к опоре или подвесу.
- При ускорении опоры вверх возникает перегрузка.
- При свободном падении вес равен нулю — это невесомость.
- Сила тяжести при невесомости не исчезает.
- Вес численно равен силе тяжести только в покое или при равномерном движении.