Познай себя, страница 91 - гдз по физике 7 класс учебник Кронгарт, Даданбеков

Познай себя

Что происходит с весом человека, летящего в самолете, когда самолет попадает в воздушную яму? Какие ощущения в организме помогут это почувствовать?

Решение

Для ответа на этот вопрос необходимо различать понятия массы и веса. Масса ($m$) – это скалярная величина, мера инертности тела, которая для человека в самолете остается неизменной. Вес ($P$) – это векторная величина, сила, с которой тело давит на опору (в данном случае, на кресло самолета) вследствие притяжения к Земле.

Когда самолет летит горизонтально с постоянной скоростью, его ускорение равно нулю. Вес человека в этом случае равен силе тяжести, действующей на него: $P = mg$, где $g$ – ускорение свободного падения.

«Воздушная яма» – это разговорное название для зоны турбулентности, где возникают нисходящие потоки воздуха. Попадая в такую зону, самолет начинает двигаться с ускорением $a$, направленным вертикально вниз. Согласно второму закону Ньютона, на человека в самолете действуют две силы: сила тяжести $mg$ (вниз) и сила реакции опоры $N$ со стороны кресла (вверх). Их равнодействующая сообщает телу ускорение $a$: $mg - N = ma$. Вес человека $P$ по третьему закону Ньютона равен по модулю силе реакции опоры $N$. Таким образом, вес человека в момент падения в воздушную яму равен: $P = N = mg - ma = m(g - a)$.

Из формулы видно, что при движении с ускорением, направленным вниз ($a > 0$), вес человека $P$ становится меньше его обычного веса $mg$. Это состояние называется частичной невесомостью. Если бы ускорение самолета было равно ускорению свободного падения ($a=g$), вес бы стал равен нулю, и наступила бы полная невесомость.

Это изменение веса ощущается организмом благодаря нескольким сенсорным системам.

Основную роль играет вестибулярный аппарат во внутреннем ухе, который отвечает за восприятие положения тела в пространстве и ускорения. Его отолитовые органы реагируют на изменение силы, с которой они давят на чувствительные клетки. Уменьшение этой силы при падении самолета мозг интерпретирует как ощущение легкости, «провала» или падения.

Также возникает характерное ощущение «живот подкатывает к горлу». Оно связано с инерцией внутренних органов (желудка, кишечника и др.). Так как они не жестко закреплены внутри тела, при резком ускорении вниз они по инерции стремятся сохранить свое положение и как бы «всплывают» относительно скелета, вызывая это специфическое чувство.

Наконец, проприорецепторы в коже, мышцах и суставах сигнализируют об уменьшении давления на опору. Мы буквально чувствуем, что наше тело стало легче и давит на кресло с меньшей силой.

Ответ: Когда самолет попадает в воздушную яму, он начинает ускоренно двигаться вниз. Из-за этого вес человека, находящегося в нем, временно уменьшается. Это ощущается как чувство легкости или падения (благодаря вестибулярному аппарату), как смещение внутренних органов вверх («живот подкатывает к горлу»), а также как уменьшение давления тела на кресло.