Номер 1, страница 132, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 4. Силы вокруг нас. Параграф 35. Вес тела. Невесомость. Вопросы и задания - номер 1, страница 132.

Условие.

1. При каком условии вес тела не равен силе тяжести?

Решение.

1. Вес тела не равен силе тяжести, когда тело и его опора (или подвес) движутся с ускорением в вертикальном направлении, либо когда опора, на которой покоится тело, не горизонтальна.

Для полного понимания необходимо четко различать понятия «вес тела» и «сила тяжести».

Сила тяжести ($F_{тяж}$) — это сила, с которой планета (например, Земля) притягивает находящееся вблизи неё тело. Эта сила приложена к центру масс самого тела, всегда направлена вертикально вниз к центру планеты и вычисляется по формуле $F_{тяж} = mg$, где $\text{m}$ — масса тела, а $\text{g}$ — ускорение свободного падения.

Вес тела ($\text{P}$) — это сила, с которой тело вследствие гравитационного притяжения действует на опору или подвес. Эта сила приложена непосредственно к опоре или подвесу. Согласно третьему закону Ньютона, вес тела по модулю равен силе реакции опоры ($\text{N}$) или силе натяжения подвеса ($\text{T}$).

Вес тела равен силе тяжести ($P = mg$) только в том случае, когда тело и его опора (или подвес) находятся в состоянии покоя или движутся прямолинейно и равномерно (то есть, их ускорение равно нулю) в инерциальной системе отсчёта.

Во всех остальных случаях вес тела не будет равен силе тяжести. Рассмотрим основные условия:

1. Движение с вертикальным ускорением.

Если тело вместе с опорой движется с ускорением $\text{a}$, направленным вертикально, его вес изменяется. Запишем второй закон Ньютона для тела в проекции на вертикальную ось, направленную вверх: $N - mg = ma$. Отсюда выразим силу реакции опоры: $N = m(g + a)$. Поскольку вес $P=N$, то формула для веса в этом случае: $P = m(g+a)$.

• Если ускорение направлено вверх (например, лифт начинает движение вверх или тормозит при движении вниз), то $a > 0$, и вес тела $P = m(g+a)$ становится больше силы тяжести. Это состояние называется перегрузкой.

• Если ускорение направлено вниз (лифт начинает движение вниз или тормозит при движении вверх), то $a < 0$, и вес тела $P = m(g-|a|)$ становится меньше силы тяжести.

• Частным случаем является невесомость. Это состояние наступает, когда опора или подвес не препятствуют падению тела, то есть тело движется с ускорением свободного падения ($a = -g$). В этом случае вес тела равен нулю: $P = m(g-g) = 0$. Важно понимать, что сила тяжести при этом продолжает действовать на тело, а равен нулю именно вес.

2. Наклонная опора.

Если тело находится на наклонной плоскости, то оно давит на опору с силой, равной по модулю силе реакции опоры $\text{N}$. Сила реакции опоры уравновешивает только ту составляющую силы тяжести, которая перпендикулярна наклонной плоскости. Эта составляющая равна $mg \cos(\alpha)$, где $\alpha$ — угол наклона плоскости к горизонту. Таким образом, вес тела равен $P = N = mg \cos(\alpha)$. Поскольку для любого угла $\alpha > 0$ значение $\cos(\alpha) < 1$, вес тела на наклонной опоре всегда меньше силы тяжести.

Ответ: Вес тела не равен силе тяжести, если тело вместе с опорой или подвесом движется с вертикальным ускорением, или если опора, на которой находится тело, не является горизонтальной.