Если трос лифта оборвётся и он будет свободно падать, что покажут весы?

При свободном падении и лифт, и человек ускоряются вниз с a = g. Подставляя в N = m(g - g), получаем N = 0. Весы покажут ноль — состояние, называемое 'невесомостью'. Масса человека и сила тяжести Земли не изменились, но сила контакта со стороны весов отсутствует, поэтому кажущийся вес равен нулю.

Меняется ли моя реальная масса, когда лифт ускоряется?

Нет. Ваша масса (количество вещества) постоянна. Весы измеряют силу, а не массу напрямую. Они откалиброваны для земной гравитации (9.8 м/с²), чтобы отображать массу. Когда лифт ускоряется, измеряемая сила меняется, поэтому преобразованное 'массовое' показание меняется, но ваша истинная масса остаётся прежней.

Происходит ли это только в лифтах?

Нет, изменение кажущегося веса происходит в любой ускоряющейся системе отсчёта. Вы чувствуете себя тяжелее в нижней точке петли американских горок (ускорение направлено вверх) и легче — в верхней. Астронавты испытывают невесомость на орбите, потому что они находятся в состоянии непрерывного свободного падения вокруг Земли. Лифт — это простой и понятный пример более общего принципа.

Почему весы показывают мой обычный вес, когда лифт движется с постоянной скоростью?

Постоянная скорость означает нулевое ускорение (a=0). Из второго закона Ньютона: N - mg = m*0, следовательно, N = mg. Силы сбалансированы, как и когда вы неподвижно стоите на земле. Система отсчёта является инерциальной, поэтому законы физики в ней такие же, как в неподвижной системе.

Физика лифта

Человек на весах в лифте. Наблюдайте изменение кажущегося веса.

О модели

Поездка в лифте является классической демонстрацией второго закона Ньютона и концепции кажущегося веса. Данный симулятор моделирует человека, стоящего на напольных весах внутри ускоряющегося лифта. Показания весов, соответствующие силе нормальной реакции опоры (N), действующей со стороны весов на человека, меняются в зависимости от движения лифта. Когда лифт ускоряется вверх, весы показывают больше истинного веса человека (mg). При ускорении вниз — меньше. Если лифт движется с постоянной скоростью (включая состояние покоя), весы показывают в точности вес человека, так как равнодействующая сила равна нулю. Основная физика описывается вторым законом Ньютона: ΣF = ma. Применяя его к вертикальному направлению, получаем N - mg = ma, где N — сила нормальной реакции (показания весов), m — масса, g — ускорение свободного падения, a — ускорение лифта (положительное направление — вверх). Решая уравнение для кажущегося веса, получаем N = m(g + a). Симулятор упрощает реальность, предполагая постоянное гравитационное поле, абсолютно жёсткие лифт и весы, а также игнорируя сопротивление воздуха или кратковременный рывок при начале движения и остановке. Взаимодействуя с этой моделью, студенты непосредственно наблюдают взаимосвязь между ускорением, силой и кажущимся весом, закрепляя понимание инерциальных и неинерциальных (ускоряющихся) систем отсчёта.

Для кого: Учащиеся старших классов и студенты начальных курсов вузов, изучающие законы движения Ньютона, силы и построение диаграмм свободного тела.

Ключевые понятия

Кажущийся вес
Сила нормальной реакции
Второй закон Ньютона
Ускорение
Неинерциальная система отсчёта
Свободное падение
Невесомость

Как это работает

Стоя на весах в лифте, вы измеряете силу нормальной реакции N. В наземной (инерциальной) системе отсчёта N − mg = ma, когда лифт ускоряется вверх с ускорением a, поэтому N = m(g + a). Если трос обрывается и кабина свободно падает, a = −g и N = 0 — вы чувствуете невесомость.

Основные формулы

N − mg = ma ⇒ N = m(g + a)

Свободное падение: a = −g → N = 0

Часто задаваемые вопросы

Если трос лифта оборвётся и он будет свободно падать, что покажут весы?: При свободном падении и лифт, и человек ускоряются вниз с a = g. Подставляя в N = m(g - g), получаем N = 0. Весы покажут ноль — состояние, называемое 'невесомостью'. Масса человека и сила тяжести Земли не изменились, но сила контакта со стороны весов отсутствует, поэтому кажущийся вес равен нулю.
Меняется ли моя реальная масса, когда лифт ускоряется?: Нет. Ваша масса (количество вещества) постоянна. Весы измеряют силу, а не массу напрямую. Они откалиброваны для земной гравитации (9.8 м/с²), чтобы отображать массу. Когда лифт ускоряется, измеряемая сила меняется, поэтому преобразованное 'массовое' показание меняется, но ваша истинная масса остаётся прежней.
Происходит ли это только в лифтах?: Нет, изменение кажущегося веса происходит в любой ускоряющейся системе отсчёта. Вы чувствуете себя тяжелее в нижней точке петли американских горок (ускорение направлено вверх) и легче — в верхней. Астронавты испытывают невесомость на орбите, потому что они находятся в состоянии непрерывного свободного падения вокруг Земли. Лифт — это простой и понятный пример более общего принципа.
Почему весы показывают мой обычный вес, когда лифт движется с постоянной скоростью?: Постоянная скорость означает нулевое ускорение (a=0). Из второго закона Ньютона: N - mg = m*0, следовательно, N = mg. Силы сбалансированы, как и когда вы неподвижно стоите на земле. Система отсчёта является инерциальной, поэтому законы физики в ней такие же, как в неподвижной системе.

Продолжите с близкими темами в этой категории — или все 85 в «Классическая механика».

Вся категория →

ПопулярноеШкольные

Конструктор силовых диаграмм

Запустить симулятор

Размещайте объекты, добавляйте векторы сил, наблюдайте за результирующей силой и возникающим ускорением.

Школьные

Машина Атвуда

Запустить симулятор

Два груза на блоке. Изменяйте массы, чтобы наблюдать ускорение и силу натяжения.

НовоеШкольные

Автомобиль на повороте

Запустить симулятор

Горизонтальный поворот: v_max = √(μgR), сравнение F_ц и μmg. Идеальный вираж: tan θ = v²/(gR). Вид сверху + вид сбоку.

Школьные

Симулятор трения

Запустить симулятор

Сравнение статического и кинетического трения с регулируемым коэффициентом.

Школьные

Наклонная плоскость

Запустить симулятор

Изменяйте угол наклона и коэффициент трения. Наблюдайте за компонентами сил и результирующим движением.

НовоеШкольные

Эффект Кориолиса

Запустить симулятор

Шайба на вращающейся платформе: криволинейная траектория во вращающейся системе отсчёта против прямолинейной в инерциальной.

Физика лифта

О модели

Как это работает

Основные формулы

Часто задаваемые вопросы

Похожие симуляторы

Конструктор силовых диаграмм

Машина Атвуда

Автомобиль на повороте

Симулятор трения

Наклонная плоскость

Эффект Кориолиса

Физика лифта

О модели

Как это работает

Основные формулы

Часто задаваемые вопросы