Обсуди с товарищами, страница 87 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. § 18. Вес тела, движущегося с ускорением. Глава 1. Законы движения и взаимодействия тел - страница 87.

Предположим, что лифт опускается с ускорением а > g. Если воспользоваться формулой P = m(g - а), то для веса получится отрицательное значение. Что это значит?

Решение

Данная задача рассматривает понятие веса тела в неинерциальной системе отсчета, связанной с лифтом, который движется с ускорением. Вес тела $P$ — это сила, с которой тело действует на опору (в данном случае, на пол лифта). По третьему закону Ньютона, эта сила равна по модулю и противоположна по направлению силе нормальной реакции опоры $N$, которая действует на тело со стороны опоры.

Запишем второй закон Ньютона для тела массой $m$, находящегося в лифте. На тело действуют две силы: сила тяжести $F_{тяж} = mg$, направленная вертикально вниз, и сила нормальной реакции опоры $N$, направленная вертикально вверх. Пусть лифт опускается с ускорением $a$, направленным вниз. Направим ось OY вертикально вниз. Тогда проекция второго закона Ньютона на эту ось будет выглядеть так: $mg - N = ma$

Отсюда можно выразить силу реакции опоры $N$: $N = mg - ma = m(g - a)$

Поскольку вес тела $P$ по модулю равен силе реакции опоры $N$, то формула для веса $P = m(g - a)$ является корректной для случая, когда тело давит на пол лифта.

Теперь рассмотрим условие, заданное в вопросе: ускорение лифта $a$ больше ускорения свободного падения $g$, то есть $a > g$.

При подстановке этого условия в формулу для веса, выражение в скобках $(g - a)$ становится отрицательным. Так как масса $m$ всегда положительна, то и вес $P$ получается отрицательным: $P = m(g - a) < 0$

Физический смысл этого результата заключается в следующем. Сила реакции опоры $N$ по своей природе (сила упругости) может только отталкивать, то есть она не может быть направлена в ту же сторону, что и сила тяжести. Иными словами, пол не может "притягивать" или "тянуть" тело вниз. Сила $N$ может быть либо положительной (если мы направили ось вверх), либо равной нулю.

Равенство $N = 0$ (и, соответственно, $P=0$) достигается при $a = g$. Это состояние невесомости, когда лифт и тело внутри него находятся в состоянии свободного падения. Тело перестает давить на опору.

Если же $a > g$, это означает, что пол лифта "уходит" из-под ног быстрее, чем тело может падать под действием одной лишь силы тяжести. В результате тело оторвется от пола и относительно лифта начнет двигаться вверх, пока не достигнет потолка.

Чтобы тело двигалось вместе с лифтом с ускорением $a > g$, на него, помимо силы тяжести $mg$, должна действовать еще одна сила, направленная вниз. Эту силу будет оказывать потолок лифта. Обозначим силу давления потолка на тело как $N_{потолок}$. Теперь на тело действуют две силы, направленные вниз: $mg$ и $N_{потолок}$. Второй закон Ньютона в этом случае запишется так: $mg + N_{потолок} = ma$

Отсюда сила, с которой потолок давит на тело, равна: $N_{потолок} = ma - mg = m(a - g)$

Сравнив это с результатом из исходной формулы $P = m(g - a) = -m(a - g)$, мы видим, что $P = -N_{потолок}$.

Ответ:

Отрицательное значение веса, полученное из формулы $P = m(g - a)$ при $a > g$, означает, что тело больше не давит на пол лифта, так как лифт опускается быстрее, чем тело в свободном падении. В этой ситуации тело отрывается от пола и прижимается к потолку. Отрицательный знак указывает на то, что сила давления теперь приложена не к полу, а к потолку, а ее модуль $|P| = m(a - g)$ равен силе, с которой тело давит на потолок лифта.