Номер 4, страница 107, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 2. Основы динамики. Параграф 24. Вес тела. Вопросы и задания - номер 4, страница 107.

Условие.

4. Что такое невесомость и перегрузка?

Решение.

Невесомость

Невесомость — это состояние, в котором вес тела равен нулю. Весом тела $\text{P}$ называют силу, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес. По третьему закону Ньютона, вес тела по модулю равен силе реакции опоры $\text{N}$ (или силе натяжения подвеса $\text{T}$): $P = N$. Таким образом, невесомость наступает тогда, когда сила реакции опоры обращается в ноль ($N=0$).

Это происходит, когда тело и его опора (или подвес) движутся только под действием силы тяжести, то есть находятся в состоянии свободного падения. В этом случае их ускорение $\text{a}$ равно ускорению свободного падения $\text{g}$.

Рассмотрим тело массой $\text{m}$ в лифте, движущемся с ускорением $\text{a}$, направленным вертикально вниз. Второй закон Ньютона для тела в неинерциальной системе отсчета, связанной с лифтом, можно записать как $N + F_{ин} - mg = 0$, где $F_{ин} = ma$ — сила инерции, направленная вверх. Отсюда $N = mg - ma = m(g-a)$. Вес тела $P = N = m(g-a)$.

Когда лифт свободно падает, его ускорение $a = g$. В этом случае вес тела становится равным нулю:

$P = m(g-g) = 0$

Важно понимать, что в состоянии невесомости на тело по-прежнему действует сила тяжести ($F_т = mg$), но она не вызывает давления тела на опору, так как опора "уходит" из-под тела с таким же ускорением. Примерами невесомости являются полёт космического корабля по орбите вокруг Земли, падение самолёта по параболической траектории или просто состояние подпрыгнувшего человека в верхней точке траектории.

Ответ: Невесомость — это состояние, при котором отсутствует вес тела, то есть сила его воздействия на опору или подвес. Оно возникает, когда тело движется только под действием силы тяжести (например, в состоянии свободного падения или на орбите), и его ускорение равно ускорению свободного падения.

Перегрузка

Перегрузка — это состояние, при котором вес тела превышает его "обычный" вес, то есть силу тяжести, действующую на него ($P > mg$). Это явление возникает, когда тело движется с ускорением, направленным в сторону, противоположную направлению ускорения свободного падения (например, вертикально вверх).

Рассмотрим тело массой $\text{m}$ в лифте, который движется с ускорением $\text{a}$, направленным вертикально вверх. В этом случае второй закон Ньютона для тела можно записать как $N - mg = ma$, где $\text{N}$ — сила реакции опоры. Отсюда $N = mg + ma = m(g+a)$. Вес тела $\text{P}$ равен силе реакции опоры:

$P = m(g+a)$

Поскольку $a > 0$, то вес тела $\text{P}$ становится больше силы тяжести $mg$.

Величину перегрузки принято характеризовать коэффициентом перегрузки $\text{n}$, который показывает, во сколько раз вес тела в данных условиях превышает его вес в состоянии покоя (силу тяжести):

$n = \frac{P}{mg} = \frac{m(g+a)}{mg} = 1 + \frac{a}{g}$

Перегрузку испытывают космонавты при старте ракеты, лётчики при выполнении фигур высшего пилотажа (например, при выходе из пикирования), а также любой человек в лифте в момент, когда он начинает движение вверх.

Ответ: Перегрузка — это состояние, при котором вес тела превышает силу тяжести. Оно возникает, когда тело движется с ускорением, направленным противоположно ускорению свободного падения, что приводит к увеличению силы воздействия тела на опору или подвес.