Номер 4, страница 11, часть 2 - гдз по физике 7 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 2. Глава 3. Силы в механике. Параграф 37. Сила реакции опоры. Вес - номер 4, страница 11.

Условие.

4. В начале подъёма на скоростном лифте высотного здания человек ощущает, что его прижимает к полу лифта. Запишите, меняются ли при этом (да, нет):

а) масса человека

б) сила тяжести, действующая на человека,

в) сила реакции опоры, действующая на человека,

г) вес человека

Решение.

Когда человек находится в лифте, который начинает движение вверх, он испытывает ускорение, направленное вверх. Это состояние называется перегрузкой. Чтобы проанализировать, как меняются различные физические величины, применим второй закон Ньютона.

На человека в лифте действуют две вертикальные силы:

• Сила тяжести ($F_т = mg$), направленная вниз.
• Сила реакции опоры ($\text{N}$) со стороны пола лифта, направленная вверх.

Согласно второму закону Ньютона, векторная сумма сил равна произведению массы тела на его ускорение: $\vec{F}_{равн} = m\vec{a}$.

Спроецируем это уравнение на вертикальную ось OY, направленную вверх. Ускорение $\vec{a}$ также направлено вверх. Уравнение примет вид:

$N - F_т = ma$

$N - mg = ma$

Отсюда следует, что сила реакции опоры равна: $N = mg + ma = m(g+a)$.

Вес тела ($\text{P}$) — это сила, с которой тело давит на опору. По третьему закону Ньютона, вес по модулю равен силе реакции опоры: $P = N$.

Теперь ответим на вопросы.

а) масса человека
Масса ($\text{m}$) является скалярной физической величиной, мерой инертности тела. Она не зависит от скорости движения или ускорения. Масса человека — его внутренняя характеристика, которая остается постоянной.

Ответ: нет.

б) сила тяжести, действующая на человека
Сила тяжести ($F_т$) — это сила притяжения человека к Земле. Она определяется формулой $F_т = mg$, где $\text{m}$ — масса человека, а $\text{g}$ — ускорение свободного падения. Так как ни масса человека, ни ускорение свободного падения (в пределах высоты здания) не меняются, сила тяжести остается постоянной.

Ответ: нет.

в) сила реакции опоры, действующая на человека
Сила реакции опоры ($\text{N}$) — это сила, с которой пол лифта действует на человека. Как мы выяснили из второго закона Ньютона, при движении с ускорением вверх $a>0$, сила реакции опоры равна $N = m(g+a)$. В состоянии покоя или равномерного движения ($a=0$), сила реакции опоры равна силе тяжести, $N_{покоя} = mg$. Поскольку при начале подъема $a > 0$, то $N > N_{покоя}$. Таким образом, сила реакции опоры изменяется (увеличивается).

Ответ: да.

г) вес человека
Вес человека ($\text{P}$) — это сила, с которой он давит на пол лифта. По третьему закону Ньютона, вес равен по модулю силе реакции опоры: $P=N$. Поскольку сила реакции опоры увеличивается, вес человека также увеличивается и становится равным $P = m(g+a)$. Именно это увеличение веса и ощущается человеком как "прижимание" к полу.

Ответ: да.