Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.
Зависимость веса тела от вида движения в физике — формулы и определение с примерами
Зависимость веса тела от вида движения:
В настоящее время большинство административных и жилых зданий являются многоэтажными. Для подъема на верхние этажи и спуска вниз пользуются лифтами. Рассмотрим движение человека, поднимающегося и опускающегося в лифте.
1. Человек с массой 
Иначе говоря, при движении лифта с постоянной скоростью вес тела будет таким же, каким он был, когда лифт находился в покое (рис. 2.5а).
2. Лифт двигается вниз с ускорением 
(рис. 2.5 б). Согласно второму закону Ньютона:
Здесь 
– сила реакции пола лифта, 
– масса тела.
По третьему закону Ньютона, вес тела 
. С учетом формулы (2.7) получаем
Итоговый вес тела во время движения будет:
Отсюда видно, что когда лифт двигается вниз с ускорением 
, вес человека уменьшается на величину 
. Если резко освободить трос, который держит лифт, то лифт будет двигаться вниз с ускорением 
, а вес человека будет:
Состояние, при котором сила взаимодействия тела с опорой или подвесом равна нулю, называется невесомостью.
Значит, чтобы тело перешло в невесомое состояние, оно должно двигаться вниз с ускорением 
. Отсюда вытекает, что во время свободного падения тела находятся в невесомом состоянии. Частичное состояние невесомости наблюдается при раскачивании на качелях в момент спуска и во время прыжка. Это продолжается очень короткое время. Космонавты, проживающие в искусственных спутниках Земли и на орбитальных станциях, находятся долгое время в состоянии невесомости. В этот период нарушается система кровообращения и питания организма. Для профилактики отрицательных последствий состояния невесомости на орбитальных станциях предпринимаются специальные меры.
3. Лифт поднимается вверх с ускорением 
(рис. 2.5в). Воздействие, оказываемое человеком на пол (опору) лифта, равняется:
Отсюда видно, что при подъеме лифта вверх с ускорением, вес человека увеличивается на величину 
. Это называется дополнительная нагрузка (перегрузка).
Перегрузка определяется отношением веса тела при движении с ускорением к весу тела в состоянии покоя:
В этом состоянии полная нагрузка приходится на опору. Однако появляются частичные нагрузки на тело человека. Например, вес головы человека давит на шею, вес головы, шеи, плеч и рук давит на корпус и т.д., к ногам. Если ускорение лифта будет в пределе 0,3 – 1 м/с2 , то человек этого не почувствует. Но в сверхзвуковых самолетах, при взлете ракеты ускорение доходит до 100 м/с2. По рассказам летчиков и космонавтов, которые находились в этом состоянии, перегрузка прижимала их к креслам, поднять руки было очень трудно, даже открыть глаза удавалось с
трудом.
Образец решения задачи:
Лифт опускается вниз с ускорением 4,5 м/с2. Во сколько раз уменьшается вес тела, находящегося в лифте?
Дано:
Найти:
Формула:
Решение:
Ответ: 1,82 раза.
- Движение тел под воздействием нескольких сил
- Абсолютно упругие и неупругие столкновения тел
- Механизмы, работающие на основе правила моментов
- Идеальный газ в физике
- Движение горизонтально брошенного тела
- Движение тела, брошенного под углом к горизонту
- Принцип относительности Галилея
- Движение в гравитационном поле
Человек массой 70 кг поднимается в лифте на верхний этаж высотного здания. На рисунке приведен график зависимости скорости лифта от времени. Найдите вес человека на каждом из этапов движения.
Спрятать решение
Решение.
По третьему закону Ньютона вес тела равен по модулю силе реакции опоры 
По второму закону Ньютона 
откуда 
Тогда в проекции на ось 0у 
На каждом участке 
следовательно, 
Вычислим вес тела для каждого участка:
0 — 5 с: 
5 — 17,5 c: 
17,5 — 25 с: 
25 — 30 с: 
Ответ: 602 Н; 686 Н; 695 Н; 756 Н.
Источник: Гельфгат И. М. Сборник задач по физике для 11 класса, Х.: «Гимназия», 2004 (№ 13.19)
Никогда не понимал задачи на ускорение свободного падения из школьной программы.
У меня сразу возник вопрос, с какой высоты падает этот лифт?
Ведь g — далеко не константа, как учат в школе. g = 9.81 м/с^2 — на поверхности Земли в зоне экватора. На полюсах, если мне не изменяет память — 9,83.
Фактически, значение g зависит от двух параметров, массы тела, относительно которого он рассчитывается, и обратно пропорционально от квадрата расстояния до гравитационного центра этого тела.
Для Земли. g = G * M (Земли) / ( Н (Земли) + h(Высота над поверхностью Земли) )^2, G — гравитационная постоянная, H — расстояние от гравитационного центра до точки поверхности на Земле, h — высота гравитационного центра тела над этой точкой поверхности.
То-есть, чем дальше от поверхности Земли, тем g будет уменьшатся, и чем дальше — тем больше (быстрее) будет убывать.
Соответственно, очень многое будет зависеть от высоты, с которой будет падать этот лифт с ускорением 10 м/с^2.
Если с очень большой высоты, например 100000 км над поверхностью Земли, — будет совсем не нулевой вес для тела, что находится внутри лифта. Сначала тело вожмёт в потолок лифта, и там будет вес (Поскольку вес — это сила, которая действует на поверхность) равная m * (10 — G * M(З) / (H(З) — h( t ) )^2 ), где t — высота над поверхностью Земли в определённый момент времени.
Исходя из того, что лифт падает с огромной высоты, тело сначала будет давить на потолок весом, приблизительно, в 10-тикратном размере (подобное можно наблюдать в автомобиле или самолёте, когда задать резкое значительное ускорение. Вас вдавит в спинку сидения на котором вы сидите. Фактически — это, так называемая, перегрузка), но потом это сила, которая вызывает давление, уменьшится (соответственно, вес тоже), поскольку потолок лифта предаст ускорение телу равное своему.
Поскольку на лифт тоже действует гравитация, то он будет всё более и более ускоряться. Тогда, фактически, тело в середине лифта будет осуществлять действие на потолок равный разнице сил, что испытывает лифт и тело (лифт весит больше чем тело, соответственно, гравитационная сила для него будет большей, нежели для тела внутри него. И тело будет давить на потолок лифта с разницей сил что действуют на лифт и на само тело. И эта разница будет постоянно расти, то-есть вес (сила с которым давит тело на потолок лифта) будет увеличиваться, поскольку чем ближе к поверхности — тем больше g, соответственно, у тела с большей массой гравитационная сила буде увеличиваться быстрее, чем для тела внутри, которое имеет меньшую массу.
Но поскольку в задаче g у нас равно 10( не понятно почему), тогда да — вес будет всегда нулевой, не важно, с какой высоты падает этот лифт.
Как-то так.
Условие задачи:
Определить вес человека массой 70 кг в лифте, опускающемся равнозамедленно с ускорением 1 м/с2.
Задача №2.1.7 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»
Дано:
(m=70) кг, (a=1) м/с2, (P-?)
Решение задачи:
Вес тела (P) – это сила взаимодействия тела с опорой, в данном случае с лифтом. По третьему закону Ньютона вес равен силе нормальной реакции опоры. Оно и понятно, ведь с какой силой тело взаимодействует с опорой, с такой же силой и опора взаимодействует с телом. Заметим, что они противоположны по направлению.
[P = N;;;;(1)]
Изобразим на рисунке все силы, действующие на человека. Обязательно обратите внимание на направление ускорения: так как тело опускалось равнозамедленно, то ускорение направленно вверх. Из второго закона Ньютона в проекции на ось (y) следует:
[N – mg = ma]
[N = mleft( {a + g} right)]
Учитывая равенство (1), следует:
[P = mleft( {a + g} right)]
Считаем ответ, подставив данные задачи в формулу.
[P = 70left( {1 + 10} right) = 770; Н]
Ответ: 770 Н.
Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.
Смотрите также задачи:
2.1.6 Определить плотность тела массой 100 г и объемом
2.1.8 С какой силой давит человек массой 70 кг на вертикальную спинку сиденья
2.1.9 К нити подвешен груз массой 1 кг. Определить силу натяжения нити, если нить
Начальные данные: движение лифта равномерное; V (скорость лифта) = 3 м/с; P (вес человека в опускающемся лифте) = 320 Н.
Справочные данные: g (ускорение свободного падения) ≈ 10 м/с².
Так как движение лифта равномерное, то массу человека можно определить по формуле (для ускоренного движения формула имеет вид: Р = (g ± a)) : Р = m * g, откуда m = Р / g.
Вычисление: m = 320 / 10 = 32 кг.
Ответ: Масса человека равна 32 килограмма.