Номер 1, страница 112 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Механика. 3. Динамика материальной точки. Параграф 25. Применение законов Ньютона. Вопросы - номер 1, страница 112.

Условие.

1. При каком движении лифта вес тела, находящегося в нём, равен силе тяжести; больше силы тяжести; меньше силы тяжести; равен нулю?

Решение.

Решение

Вес тела ($P$) — это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес. В лифте вес тела по модулю равен силе нормальной реакции опоры ($N$), действующей на тело со стороны пола лифта, то есть $P = N$. Сила тяжести ($F_т$) — это сила, с которой Земля притягивает тело, и она всегда равна $F_т = mg$, где $m$ — масса тела, а $g$ — ускорение свободного падения.

Запишем второй закон Ньютона для тела в лифте в проекции на вертикальную ось, направленную вверх: $ma = N - mg$

Из этого уравнения выразим силу нормальной реакции опоры $N$, которая и будет определять вес тела $P$: $P = N = mg + ma = m(g + a)$

Здесь $a$ — ускорение лифта. Ускорение считается положительным ($a > 0$), если оно направлено вверх, и отрицательным ($a < 0$), если направлено вниз.

равен силе тяжести;
Вес тела равен силе тяжести ($P = F_т$), когда $P = mg$. Подставив это в нашу формулу, получим: $mg = m(g + a)$. Отсюда следует, что ускорение лифта $a = 0$. Это означает, что лифт либо находится в состоянии покоя (скорость равна нулю), либо движется равномерно и прямолинейно (с постоянной скоростью) вверх или вниз.

Ответ: Вес тела равен силе тяжести, когда лифт покоится или движется с постоянной скоростью.

больше силы тяжести;
Вес тела больше силы тяжести ($P > F_т$), когда $m(g + a) > mg$. Это неравенство выполняется, когда ускорение $a > 0$, то есть когда вектор ускорения направлен вверх. Это происходит в двух случаях: 1. Лифт движется вверх, увеличивая свою скорость. 2. Лифт движется вниз, уменьшая свою скорость (тормозит).

Ответ: Вес тела больше силы тяжести, когда лифт движется с ускорением, направленным вверх.

меньше силы тяжести;
Вес тела меньше силы тяжести ($P < F_т$), когда $m(g + a) < mg$. Это неравенство выполняется, когда ускорение $a < 0$, то есть когда вектор ускорения направлен вниз. Это происходит в двух случаях: 1. Лифт движется вниз, увеличивая свою скорость. 2. Лифт движется вверх, уменьшая свою скорость (тормозит).

Ответ: Вес тела меньше силы тяжести, когда лифт движется с ускорением, направленным вниз.

равен нулю?
Вес тела равен нулю ($P = 0$), когда $m(g + a) = 0$. Поскольку масса тела $m$ не равна нулю, это возможно только при условии, что $g + a = 0$, то есть $a = -g$. Это означает, что лифт должен падать свободно, двигаясь вниз с ускорением, равным ускорению свободного падения. Такое состояние называется невесомостью.

Ответ: Вес тела равен нулю, когда лифт находится в состоянии свободного падения (например, при обрыве троса).