Ответ #1:
Когда мы находимся на твердой поверхности, то мы находимся под действием силы, не позволяющей нам провалиться сквозь нее. Эта сила называется силой реакции опоры . Сила реакции опоры – это сила, которая действует на тело, оказывающее давление на поверхность опоры под действием силы тяжести или иных сил. Сила реакции всегда направлена перпендикулярно поверхности опоры по направлению к давящему телу.
Если подвесить тело на нити, то на тело будет действовать сила, не дающая ему упасть вниз. Эта сила называется силой натяжения нити. Сила натяжения нити – это сила, которая действует на тело, подвешенное за нить. Сила натяжения нити направлена вдоль нити по направлению от подвешенного тела. Вообще говоря, сила натяжения нити и сила реакции опоры имеют ту же природу, что и сила упругости, т.е. они возникают из-за деформации опоры или нити. Однако, при решении задач часто пренебрегают деформацией, считая опору непрогибающейся, а нить – нерастяжимой. Если же деформацией пренебречь нельзя, например, в случае, если опорой является пружина, то сила реакции опоры является силой упругости.
По третьему закону Ньютона сила, действующая на опору (или на точку подвеса) со стороны тела, равна по модулю и противоположна по направлению силе реакции опоры (или подвеса). Эта сила называется весом тела . На следующем рисунке красным цветом изображен вес тела, синим – сила реакции опоры и зеленым – сила тяжести тела.
Именно вес тела измеряют пружинные весы, так как в зависимости от того, с какой силой груз действует на весы, сжимается пружина.
Иногда путают понятие веса и силы тяжести из-за того, что обе эти силы оказываются равны по модулю и направлению в случае, когда тело покоится на горизонтальной поверхности или неподвижно висит. Однако, во-первых, сила тяжести приложена к самому телу, а вес – к опоре или подвесу, а, во-вторых, величины силы тяжести и веса отличаются в случае, когда тело движется с вертикальным ускорением. Предположим, что тело стоит в лифте на пружинных весах. Если лифт движется с ускорением , то уравнение второго закона Ньютона для тела запишется в виде:
По третьему закону Ньютона вес тела
В зависимости от величины и направления ускорения тела, возможны следующие случаи:
1. направлен вверх – тогда
.
При ускорении, направленном вверх, вес тела увеличивается. Увеличение веса тела, вызванное ускорением, называется перегрузкой:
,
где P – вес тела при ускорении, равном нулю.
2. направлен вниз,
– тогда
При ускорении, направленном вниз, вес тела уменьшается.
3. направлен вниз,
– тогда
Когда ускорение тела равняется ускорению свободного падения, то вес тела равняется нулю и тело отрывается от опоры. При этом наступает невесомость – состояние, при котором тело движется под действием только силы тяжести. Невесомость является синонимом термина «свободное падение». Состояние невесомости знакомо каждому – достаточно, например, подпрыгнуть и, начиная с момента отрыва от земли и заканчивая приземлением, человек в невесомости.
4. При дальнейшем увеличении ускорения, направленного вниз, вес остается равным нулю, так как тело уже оторвалось от опоры.
Пример-задача
Какую перегрузку испытывает Люк Скайуокер, находясь в кабине космического корабля при его старте с ускорением 29,4 м/с2?
Дано:
Найти:
Решение:
По определению перегрузки
Ответ: 4.