§ 16. Невесомость и перегрузки
1. Как вы уже знаете из курса физики 7 класса, силу, с которой тело, вследствие его притяжения к Земле, действует на опору или подвес, называют весом тела.
Если тело, подвешенное на нити или помещенное на опору, покоится или движется равномерно и прямолинейно, то его вес по модулю равен силе тяжести:
P = mg.
Вес тела приложен к опоре или подвесу в отличие от силы тяжести, приложенной к телу. Вес и сила тяжести имеют не только разные точки приложения, но и разную природу: сила тяжести — гравитационная сила, а вес — сила упругости.
2. Предположим теперь, что тело вместе с опорой или подвесом движется относительно Земли с ускорением. Будут ли в этом случае равны вес тела и сила тяжести?
Рассмотрим движение человека в лифте. Пусть лифт имеет ускорение а, направленное вниз (рис. 52). В инерциальнои системе отсчета, связанной с Землей, на человека действуют сила тяжести,
64
направленная вниз, и сила упругости со стороны пола лифта, направленная вверх. Силу упругости в этом случае называют силой реакции опоры и обозначают буквой N. Равнодействующая этих сил сообщает человеку ускорение.
Пользуясь вторым законом Ньютона, можно записать в векторной форме:
—>
F = та.
—*
а
t
Рис. 52
^тяж + N=ma.
Направим ось Y вертикально вниз и за- у у
пишем это уравнение в проекциях на ось, учитывая, что FTSim = mgy проекции ускорения и силы тяжести на ось Y положительны, а проекция силы реакции опоры отрицательна. Получим:
mg — N = та. Отсюда:
N = mg — та = m(g — a).
По третьему закону Ньютона вес тела по модулю равен силе реакции опоры:
P = N. Тогда
Р = m{g — a).
Таким образом, если тело вместе с опорой или подвесом движется с ускорением, направленным так же, как и ускорение свободного падения, то его вес меньше силы тяжести, т. е. меньше веса покоящегося тела.
Уменьшение веса вы испытываете, находясь в лифте, в момент начала его движения вниз.
Если ускорение тела равно ускорению свободного падения а = g, то вес тела Р = 0. Такое состояние называют состоянием невесомости. В состоянии невесомости пребывают космонавты в космическом корабле во время полета, поскольку они движутся вокруг Земли с центростремительным ускорением, равным ускорению свободного падения.
Но не только космонавты испытывают состояние невесомости. В таком состоянии может находиться бегун в короткие промежутки времени, когда обе ноги оторваны от земли; прыгун с трамплина во время полета.
65
3. Рассмотрим еще раз движение лифта и стоящего в нем человека. Но только теперь лифт имеет ускорение а, направленное вверх (рис. 53).
Пользуясь вторым законом Ньютона, можно записать:
F = та,
FTH3K + N = та.
Направив ось Y вертикально вниз, запишем это уравнение в проекциях на ось:
mg — N = -та;
N = mg + та = m(g + а). Поскольку Р = N, то
Р = m(g + a).
Таким образом, если тело вместе с опорой или подвесом движется с ускорением, направленным противоположно ускорению свободного падения, то его вес больше силы тяжести, т. е. больше веса покоящегося тела.
Увеличение веса тела, вызванное движением с ускорением, называют перегрузкой.
Перегрузку вы испытываете в лифте, в момент начала его движения вверх. Огромные перегрузки испытывают космонавты и пилоты реактивных самолетов при взлете и посадке; летчики, выполняющие на самолете фигуру высшего пилотажа «мертвая петля» в нижней и верхней ее точках. Для того чтобы уменьшить давление на скелет космонавтов при взлете, сделаны специальные кресла, в которых космонавты находятся в полулежачем положении. При этом сила давления, которая действует на космонавта, распределяется на большую площадь, и давление на скелет становится меньше, чем в том случае, когда космонавт находится в сидячем положении.
4. Пример решения задачи
Каков вес летчика массой 70 кг, выполняющего «мертвую петлю», в нижней и верхней точках траектории, если радиус петли 200 м, а скорость самолета при прохождении петли 100 м/с?

Комментарии запрещены.

Навигация по записям