Номер 260, страница 42 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Законы движения и взаимодействия тел. Невесомость - номер 260, страница 42.

Условие.

► 260. Встаньте на напольные весы. Проследите за тем, как изменяются показания весов, если вы резко присядете, резко встанете. Объясните причину этих изменений.

Решение.

Изменение показаний весов связано с понятием веса тела. Вес тела – это сила, с которой тело действует на опору или подвес. Когда человек неподвижно стоит на весах, его вес $P$ равен силе тяжести $mg$, где $m$ – масса человека, а $g$ – ускорение свободного падения. Весы измеряют именно силу, с которой на них давят, то есть вес.

Если человек движется с ускорением $a$, направленным вертикально, его вес изменяется. На человека действуют две силы: сила тяжести $mg$ (направлена вниз) и сила реакции опоры $N$ (направлена вверх). По третьему закону Ньютона, вес человека $P$ равен по модулю силе реакции опоры ($P = N$).

Согласно второму закону Ньютона, равнодействующая этих сил сообщает телу ускорение: $F_{равн} = ma$. Если направить ось OY вертикально вверх, то в проекции на эту ось закон будет выглядеть так:

$N - mg = ma$

Отсюда можно выразить силу реакции опоры, а значит и вес:

$N = P = mg + ma = m(g+a)$

Эта формула показывает, что показания весов зависят от ускорения человека. Если ускорение направлено вверх ($a > 0$), вес увеличивается. Если ускорение направлено вниз ($a < 0$), вес уменьшается.

Если вы резко присядете

В начальный момент приседания человек начинает двигаться вниз, то есть его ускорение $a$ направлено вниз. В нашей системе координат (ось OY направлена вверх) проекция ускорения будет отрицательной ($a < 0$). Тогда формула для веса примет вид:

$P = m(g - |a|)$

Из этого следует, что вес $P$ становится меньше силы тяжести $mg$. Поэтому в момент начала резкого приседания весы покажут меньшее значение, чем в состоянии покоя. Это явление называют частичной невесомостью.

Ответ: В начале резкого приседания показания весов уменьшатся, так как тело начинает движение с ускорением, направленным вниз.

Если вы резко встанете

В начальный момент вставания человек начинает двигаться вверх, то есть его ускорение $a$ направлено вверх. Проекция ускорения на ось OY будет положительной ($a > 0$). Формула для веса в этом случае:

$P = m(g + a)$

Из этого следует, что вес $P$ становится больше силы тяжести $mg$. Человек, чтобы ускориться вверх, должен оттолкнуться от весов с силой, превышающей его силу тяжести. Это явление называют перегрузкой. Поэтому в момент начала резкого вставания весы покажут большее значение.

Ответ: В начале резкого вставания показания весов увеличатся, так как тело начинает движение с ускорением, направленным вверх.