超重和失重
搞清视重与实重的区别,看懂加速度如何决定超重失重,扫除常见误区与边界模糊
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超重和失重
搞清视重与实重的区别,看懂加速度如何决定超重失重,扫除常见误区与边界模糊
受力分析
上一页我们看到了电梯里人'变重''变轻'的现象。但变重到底是多了哪股力?人离开地板还会'失重'吗?要回答这些,必须把物体受到的每一股力都画清楚。这就是受力分析。
每项支出(每个力)都列出,才能算总和(合力),决定余额(加速度)
重力的测量
上页受力分析分清了重力 G 和支持力 N。但弹簧测力计上跳出来的读数,到底是 G 还是 N?这一页就把这个区分讲透——它是判断超重与失重的前提。
电梯向上加速起动,腿被压得更紧——这是'视重变大',但你身体质量没变;视重反映的是'压力',不是'重力'
视重
上一节我们用弹簧测力计测重力——但你可能已经发现:电梯加速时秤的读数会变,人却没变重也没变轻。这说明弹簧秤的示数其实不等于真实重力。这个'秤告诉你的重量',就叫做视重。
读数反映的是秤对你的支持力——你'被托起'的感觉,而不是真实重力
失重现象
上页说到视重可以不同于实重。当视重变小——支持力变小了——人会感觉自己变'轻'。这就是失重。坐电梯下行时启动那一瞬,你体会过那种飘一下的感觉吗?
脚踩地板的力变小,身体被'托起',但重力并未消失。
超重现象
前页的失重是 N < mg;这一页反过来——N > mg,就是超重。注意:变的是支持力,不是重力本身。下面看边界条件。
秤读数变大不是因为体重增加,而是地板对脚的支持力 N 大于 mg
完全失重
上一页看到电梯加速下降时弹簧秤示数变小。如果钢绳突然断了,人和电梯一起自由下落——秤的示数会变成多少?
秤读数来自地面对脚的支持力;完全失重时脚和秤同步下落,之间不再有力
支持力
上一节我们讲了「视重」——秤上跳动的读数。但秤到底是怎么读出这个数的?答案就藏在今天这个最容易被当作常识、却很少被认真拆开看的力里。
桌面微小形变 ≈ 被压的弹簧,恢复形变 ≈ 把物体顶回去
本节要点
- ✓视重由加速度决定,与速度方向无关
- ✓完全失重仅当a=g向下时成立
- ✓失重≠失重力,变的是支持力
- ✓称上读数即视重,不是真实重力
课后思考
先独立思考,再翻参考答案。三题分别对应核心、应用与边界。
参考答案失重的本质是加速度向下。重力 mg 不变,支持力 N=m(g−a)<mg,物体间相互挤压减弱,所以失的是重的感觉,而非重力本身。
参考答案完全失重。a=g,支持力 N=0,秤读数为零。人与电梯无相互挤压,但重力 mg 始终存在,仍指向地心。
参考答案不是。重力几乎和地面一样大,全部用来提供绕地心做圆周运动的向心力,加速度向下指向地心,支持力为零,属于完全失重。