一、超重和失重的定義
1. 超重:
物體對支持物的壓力(或?qū)依K的拉力)大于物體所受重力的現(xiàn)象叫做超重。
注意:此時有FN= mg + ma
2. 失重:
物體對支持物的壓力(或?qū)依K的拉力)小于物體所受重力的現(xiàn)象叫做失重。
注意:此時有FN= mg - ma
二、發(fā)生超重和失重現(xiàn)象的條件
1.發(fā)生超重現(xiàn)象的條件:
當物體向上做加速運動或向下做減速運動時,物體均處于超重狀態(tài),即不管物體向什么方向運動,只要具有向上的加速度,物體就處于超重狀態(tài)。
2.發(fā)生失重現(xiàn)象的條件:
當物體向下做加速運動或向上做減速運動時,物體均處于失重狀態(tài),即不管物體向什么方向運動,只要具有向下的加速度,物體就處于失重狀態(tài)。
3.拓展:
并非只有物體在豎直方向上,加速向上或減速向下運動時,物體才處于超重狀態(tài)。其實物體運動時,只要加速度具有向上的分量,物體就處于超重狀態(tài);同理只要加速度具有向下的分量,物體就處于失重狀態(tài)。
注意:超重和失重現(xiàn)象,僅僅是一種表象。所謂超重和失重,只是物體對支持物的壓力(或拉力)的增大或減小,是視重的改變而實際重量(實重)并不變。
三、超重與失重現(xiàn)象的拓展分析
1.對超重的理解
設(shè)物體的質(zhì)量為m,物體向上的加速度為a,當?shù)氐闹亓铀俣葹間,由牛頓第二定律得:F視 - mg= ma,則F視= mg + ma。
其中F視即視重,是物體對支持物的實際壓力或?qū)覓煳锏膶嶋H拉力的大小。
由此可以看出,超重時視重等于實重加上ma,超出的部分可理解為使物體產(chǎn)生向上的加速度,同時還可看出超重的物體所受重力沒變。
2.對失重的理解
設(shè)物體的質(zhì)量為m,物體向下的加速度為a,當?shù)氐闹亓铀俣葹間,由牛頓第二定律得:mg - F視= ma,則F視= mg - ma。
由此可以看出,失重時視重等于實重減去ma,失去的部分可理解為使物體產(chǎn)生了向下的加速度,同時可看出,失重的物體所受重力也沒變。
注意:所謂完全失重,就是視重等于零的現(xiàn)象. 即當a = g時,代入上式可得
F視= mg - ma = mg - mg = 0
3.當物體的加速度不在豎直方向上時,而具有向上的分量a上或者具有向下的分量a下,則物體的視重與實重的關(guān)系為:
(1)超重時:F視= mg + ma上,視重等于實重加上ma上,視重比實重超出了ma上。
(2)失重時:F視= mg - ma下, 視重等于實重減去ma下,視重比實重“失去”了ma下。
四、超重或失重現(xiàn)象的應(yīng)用
【例】 某人在以2.5m/s2的加速度勻加速下降的電梯里最多能舉起質(zhì)量為m= 80kg的物體,則該人在地面上最多能舉起質(zhì)量M為多少的重物?若電梯以2.5m/s2的加速度勻加速上升,則該人最多能舉起質(zhì)量為多少的重物?( g=10m/s2)
【解 】無論人在地面上還是在勻加速下降或者上升的電梯里,該人向上的最大舉力是不變的,升降機勻加速下降,說明物體處于失重狀態(tài),則舉力F= mg - ma。
所以在地面上M= F/g= 60kg,故此人在地面上最多能舉起60kg的物體。若升降機勻加速上升,則物體處于超重狀態(tài)舉力F= mg + ma,所以m= F/(g+a)= 48kg。
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