1. Як ви вже знаєте, силу, з якою тіло, внаслідок його тяжіння до Землі, діє на опору або підвіс, називають вагою тіла P.
Вага тіла прикладена до опори або підвісу; на відміну від нього сила тяжіння прикладена до тіла. Вага і сила тяжіння мають не тільки різні точки прикладання, але і різну природу: сила тяжіння - гравітаційна сила, а вага - сила пружності.
З курсу фізики 7 класу ви також знаєте, що якщо тіло, підвішене на нитці або поміщене на опору, спочиває чи рухається рівномірно і прямолінійно, то його вага по модулю дорівнює силі тяжіння:
2. Припустимо тепер, що тіло разом з опорою або підвісом рухається щодо Землі з прискоренням. Чи будуть в цьому випадку рівні вага тіла і сила тяжіння?
Розглянемо рух людини в ліфті. Нехай ліфт має прискорення a. спрямоване вниз (рис. 52). В інерціальній системі відліку, пов'язаної з Землею, на людину діють: сила тяжіння, спрямована вниз, і сила пружності з боку статі ліфта, спрямована вгору. Силу пружності в цьому випадку називають силою реакції опори і позначають буквою N. Рівнодіюча цих сил повідомляє людині прискорення.
Користуючись другим законом Ньютона, можна записати у векторній формі:
Направимо вісь Y вертикально вниз і запишемо це рівняння в проекціях на цю вісь, враховуючи, що Fтяж = mg. проекції прискорення і сили тяжіння на вісь Y позитивні, а проекція сили реакції опори негативна. отримаємо:
За третім законом Ньютона вага тіла по модулю дорівнює силі реакції опори:
З отриманої формули видно, що вага тіла менше сили тяжіння. Таким чином, якщо тіло разом з опорою або підвісом рухається вниз з прискоренням, яке спрямоване так само, як і прискорення вільного падіння, то його вага менше сили тяжіння, т. Е. Менше ваги покоїться тіла.
Зменшення ваги ви відчуваєте, перебуваючи в ліфті, в момент початку його руху вниз.
Якщо прискорення тіла дорівнює прискоренню вільного падіння a = g. то вага тіла P = 0. Такий стан називається станом невагомості. У стані невагомості перебувають космонавти в космічному кораблі під час польоту, оскільки вони рухаються навколо Землі з доцентрові прискоренням, рівним прискоренню вільного падіння.
Але не тільки космонавти відчувають стан невагомості. У такому стані може перебувати бігун в короткі проміжки часу, коли обидві ноги відірвані від землі; стрибун з трампліна під час польоту.
3. Розглянемо ще раз рух ліфта і стоїть в ньому людини. Але тільки тепер ліфт має прискорення a. спрямоване вгору (рис. 53).
Користуючись другим законом Ньютона, можна записати:
Направивши вісь Y вертикально вниз, запишемо це рівняння в проекціях на цю вісь:
З формули видно, що вага в цьому випадку більше сили тяжіння. Таким чином, якщо тіло разом з опорою або підвісом рухається з прискоренням, спрямованим протилежно прискоренню вільного падіння, то його вага більше сили тяжіння, т. Е. Більше ваги покоїться тіла.
Збільшення ваги тіла, викликане рухом з прискоренням, називають перевантаженням.
Перевантаження ви відчуваєте в ліфті, в момент початку його руху вгору. Величезні перевантаження відчувають космонавти і пілоти реактивних літаків при зльоті та посадці; льотчики, які виконують на літаку фігуру вищого пілотажу «мертва петля» в нижній її точці. Для того щоб зменшити тиск на скелет космонавтів при зльоті, зроблені спеціальні крісла, в яких космонавти перебувають в напівлежачому положенні. При цьому сила тиску, яка діє на космонавта, розподіляється на б € Ольша площа, і тиск на скелет стає менше, ніж в тому випадку, коли космонавт знаходиться в сидячому положенні.
Який вага льотчика масою 70 кг, що виконує «мертву петлю», в нижній і верхній точках траєкторії, якщо радіус петлі 200 м, а швидкість літака при проходженні петлі 100 м / с?
Оскільки a =. то
P1 = 70 кг • + 10 м / с 2 = 4200 Н;
P2 = 70 кг • - 10 м / с 2 = 2800 Н.
Якщо сила тяжіння, що діє на льотчика, Fтяж = 70 кг • • 10 м / с 2 = 700 Н, то його вага в нижній точці траєкторії в 6 разів більше, ніж сила тяжіння: = = 6. Кажуть, що льотчик відчуває шестикратную перевантаження .
У верхній точці траєкторії льотчик відчуває чотирикратну перевантаження: = = 4.
Питання для самоперевірки
1. Що називають вагою тіла? Яка природа ваги тіла?
2. У якому випадку вага тіла по модулю дорівнює силі тяжіння?
3. Як змінюється вага тіла при його русі з прискоренням, спрямованим вгору; вниз?
4. Який стан називають станом невагомості? Коли воно настає?
5. Який стан називають перевантаженням? Коли відчувають перевантаження?
1. Ліфт починає рух вниз з прискоренням 2 м / с 2. Чому дорівнює вага стоїть в цьому ліфті людини масою 60 кг?
2. З якою силою автомобіль масою 1 т тисне на середину опуклого моста, що має радіус кривизни 30 м? Швидкість автомобіля 72 км / год.
3. Камінь масою 400 г обертають рівномірно у вертикальній площині на мотузці довжиною 1 м зі швидкістю 2 м / с (рис. 55). Чому дорівнює сила натягу мотузки при проходженні каменем верхньої і нижньої точок траєкторії?