Физика · конспекты
★0
Физика › 9 класс › Взаимодействие тел

Тема 13Вес тела. Невесомость и перегрузки

★★★
Термины темы — найди их в тексте:ВесПерегрузкаНевесомость

Когда тело притягивается к Земле, оно давит на опору или растягивает подвес. Эта сила — вес.

Определение

Вес (P⃗\vec P) — сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле давит на опору или растягивает подвес.

Сила тяжести приложена к телу, а вес — к опоре или подвесу. Это разные силы, хотя часто они равны по модулю.

Вес приложен к опоре или подвесу. По третьему закону Ньютона он равен силе реакции опоры или натяжения нитиВес приложен к опоре или подвесу. По третьему закону Ньютона он равен силе реакции опоры или натяжения нити
Вес приложен к опоре или подвесу. По третьему закону Ньютона он равен силе реакции опоры или натяжения нити Иллюстрация: light-fizika.ru

По третьему закону Ньютона P=NP=N. Если тело покоится или движется равномерно, N=mgN=mg, и тогда

P=mg.P=mg.
Покоящееся тело: вес равен силе тяжести, но приложен к опоре
Покоящееся тело: вес равен силе тяжести, но приложен к опоре Иллюстрация: light-fizika.ru

Вес в лифте

Пусть лифт движется с ускорением a⃗\vec a. Второй закон Ньютона для тела: ma⃗=N⃗+mg⃗m\vec a=\vec N+m\vec g.

  • Ускорение вверх (лифт разгоняется вверх или тормозит при спуске): P=m(g+a)>mgP=m(g+a)>mg — перегрузка.
  • Ускорение вниз (лифт разгоняется вниз или тормозит при подъёме): P=m(g−a)<mgP=m(g-a)<mg.
  • Если a=ga=g (свободное падение): P=0P=0 — невесомость.
Ускорение лифта направлено вверх — вес больше силы тяжести; вниз — меньшеУскорение лифта направлено вверх — вес больше силы тяжести; вниз — меньше
Ускорение лифта направлено вверх — вес больше силы тяжести; вниз — меньше Иллюстрация: light-fizika.ru
Определение

Перегрузка — увеличение веса тела при движении с ускорением, направленным вверх. Невесомость — состояние, при котором вес тела равен нулю.

Опыт

Динамометр с грузом отпускают, и он падает вместе с грузом. Во время падения динамометр показывает ноль: груз не растягивает пружину.

Падающий динамометр показывает ноль — груз в невесомости
Падающий динамометр показывает ноль — груз в невесомости Иллюстрация: light-fizika.ru
Почему так?

Почему космонавты на МКС в невесомости, хотя сила тяжести там почти такая же, как на Земле? Станция и космонавты вместе свободно падают к Земле, а большая скорость по касательной не даёт им упасть. Они не давят друг на друга — вес равен нулю.

Пример решения

Человек массой 60 кг стоит в лифте, который разгоняется вверх с ускорением 2 м/с². Найдите его вес (g=10g=10 м/с²).

P=m(g+a)=60⋅(10+2)=720P=m(g+a)=60\cdot(10+2)=720 Н — больше силы тяжести 600 Н.

Образ для запоминания

Вес — это «показания весов», а не масса. В лифте, разгоняющемся вверх, весы покажут больше, в падающем — ноль. А масса не меняется никогда.

⚗ Мини-опыт

Выбирайте, как движется лифт, и следите за показаниями весов. Когда вес больше силы тяжести, когда меньше? Что будет, если трос оборвётся?

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1К чему приложен вес тела?
К самому телу приложена сила тяжести.
2Лифт разгоняется вниз. Как изменяется вес пассажира?
P=m(g−a)P=m(g-a).
3Когда наступает невесомость?
Невесомость бывает и на Земле — в прыжке или при падении.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Найдите вес покоящегося тела массой 5 кг.

    Ответ

    P=mg=5⋅10=50P=mg=5\cdot10=50 Н.

    Как получилось?

  2. Чем вес отличается от силы тяжести?

    Ответ

    Сила тяжести приложена к телу, а вес — к опоре или подвесу; вес меняется при движении с ускорением.

    Как получилось?

  3. Груз массой 2 кг поднимают с ускорением 1 м/с². Найдите вес груза.

    Ответ

    P=2⋅(10+1)=22P=2\cdot(10+1)=22 Н.

    Как получилось?

  4. Найдите вес человека массой 50 кг в лифте, который разгоняется вниз с ускорением 2 м/с².

    Ответ

    P=50⋅(10−2)=400P=50\cdot(10-2)=400 Н.

    Как получилось?

  5. Что покажут напольные весы, если человек подпрыгнет вместе с ними?

    Ответ

    Ноль — в полёте наступает невесомость.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. На старте космонавт испытывает четырёхкратную перегрузку: P=4mgP=4mg. С каким ускорением движется ракета?

    Ответ

    m(g+a)=4mgm(g+a)=4mg, a=3g=30a=3g=30 м/с².

    Как получилось?

  2. Лифт поднимается равномерно со скоростью 2 м/с. Найдите вес человека массой 80 кг.

    Ответ

    Ускорения нет, поэтому P=mg=800P=mg=800 Н.

    Как получилось?

  3. С каким ускорением и куда должен двигаться лифт, чтобы вес пассажира стал вдвое меньше силы тяжести?

    Ответ

    С ускорением a=g2=5a=\dfrac g2=5 м/с², направленным вниз.

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Вес (P⃗\vec P)
Сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле давит на опору или растягивает подвес.
Перегрузка
Увеличение веса тела при движении с ускорением, направленным вверх.
Невесомость
Состояние, при котором вес тела равен нулю.
Вес в лифте
Ускорение вверх: P = m(g + a); вниз: P = m(g − a).

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.