Ответьте на вопросы, страница 107 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопрос

Почему в конце подъема на лифте и в начальный момент спуска появляется ощущение легкости в теле?

Решение

Ощущение легкости или тяжести в теле, возникающее при движении в лифте, связано с понятием веса. Вес тела ($P$) — это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес. Когда лифт неподвижен или движется с постоянной скоростью (равномерно), ускорение равно нулю, и вес человека равен его силе тяжести: $P = N = mg$, где $m$ — масса человека, $g$ — ускорение свободного падения, а $N$ — сила реакции опоры (сила, с которой пол давит на человека). Именно силу реакции опоры мы ощущаем как свой вес. Когда лифт движется с ускорением, сила реакции опоры изменяется, и, как следствие, меняется и наш ощущаемый вес.

Рассмотрим две ситуации, описанные в вопросе.

В конце подъема на лифте

Когда лифт, движущийся вверх, приближается к нужному этажу, он начинает замедляться. Это означает, что вектор ускорения ($a$) направлен в сторону, противоположную вектору скорости, то есть вниз. На человека в лифте действуют две силы: сила тяжести $mg$, направленная вертикально вниз, и сила реакции опоры $N$, направленная вертикально вверх. Согласно второму закону Ньютона, сумма всех сил, действующих на тело, равна произведению массы тела на его ускорение ($F = ma$). Спроецируем силы и ускорение на вертикальную ось, направленную вверх:

$N - mg = -ma$

Отсюда выразим силу реакции опоры:

$N = mg - ma = m(g - a)$

Поскольку вес тела $P$ по модулю равен силе реакции опоры $N$, мы получаем, что $P < mg$. Сила, с которой пол давит на человека, уменьшается, и человек ощущает легкость.

В начальный момент спуска

Когда лифт начинает движение вниз из состояния покоя, его скорость увеличивается. В этом случае вектор ускорения ($a$) совпадает с направлением движения, то есть направлен вниз. Силы, действующие на человека, остаются теми же: сила тяжести $mg$ вниз и сила реакции опоры $N$ вверх. Снова применим второй закон Ньютона, направив ось проекции вверх:

$N - mg = -ma$

Выражение для силы реакции опоры получается точно таким же, как и в первом случае:

$N = mg - ma = m(g - a)$

Вес человека $P$ снова оказывается меньше силы тяжести ($P < mg$). Это уменьшение силы реакции опоры и воспринимается как ощущение легкости.

Таким образом, в обоих сценариях (замедление при подъеме и ускорение при спуске) ускорение лифта направлено вниз. Это приводит к уменьшению силы реакции опоры и, соответственно, веса человека, что и вызывает ощущение легкости.

Ответ: Ощущение легкости в теле в конце подъема и в начале спуска на лифте возникает из-за того, что в эти моменты лифт движется с ускорением, направленным вниз. Согласно второму закону Ньютона, это приводит к уменьшению силы реакции опоры, с которой пол лифта действует на человека. Уменьшение этой силы, которую мы воспринимаем как наш вес, и создает ощущение легкости. В обоих случаях вес человека определяется формулой $P = m(g - a)$, где $a$ — величина ускорения.