Глава 3. Силы в механике

§ 33. Вес. Невесомость

Вспомните определение силы тяжести. Может ли она исчезнуть?

Как мы знаем, силой тяжести называют силу, с которой Земля притягивает тело, находящееся на её поверхности или вблизи этой поверхности.

Запомни
Весом тела называют силу, с которой это тело действует на горизонтальную опору или растягивает подвес.

Вес не является силой какой-то специфической природы. Это название присвоено частному случаю проявления силы упругости.

Вес действует непосредственно на чашку пружинных весов и растягивает пружину; под действием этой силы поворачивается коромысло рычажных весов. Поясним сказанное простым примером.

Пусть тело А находится на горизонтальной опоре В (рис. 3.9), которой может служить чашка весов. Силу тяжести обозначим через , а силу давления тела на опору (вес) — через ₁. Модуль силы реакции опоры равен модулю веса ₁ согласно третьему закону Ньютона. Сила направлена в сторону, противоположную весу ₁ Сила реакции опоры приложена не к опоре, а к находящемуся на ней телу.

В то время как сила тяжести обусловлена взаимодействием тела с Землёй, вес ₁ появляется в результате совсем другого взаимодействия — взаимодействия тела А и опоры В. Поэтому вес обладает особенностями, существенно отличающими его от силы тяжести.

Важно
Важнейшей особенностью веса является то, что его значение зависит от ускорения, с которым движется опора.

При перенесении тел с полюса на экватор их вес изменяется, так как вследствие суточного вращения Земли весы с телом имеют на экваторе центростремительное ускорение. По второму закону Ньютона для тела, находящегося на экваторе, имеем где N — сила реакции опоры, равная весу тела. Отсюда

На полюсе вес тела равен силе тяготения. Очевидно, что на полюсе вес тела больше, чем на экваторе.

Остановимся на более простом случае. Пусть тело находится на чашке пружинных весов в лифте, движущемся с ускорением . Согласно второму закону Ньютона m = + , где m — масса тела.

Координатную ось OY системы отсчёта, связанной с Землёй, направим вертикально вниз. Запишем уравнение движения тела в проекции на эту ось: mа_у = F_y + N_у. Если ускорение направлено вниз, то, выражая проекции векторов через их модули, получаем mа = F - N. Так как N = F₁, то mа = F - F₁. Отсюда ясно, что лишь при а = 0 вес равен силе, с которой тело притягивается к Земле (F₁ = F). Если а ≠ 0, то F₁ = F - mа = m(g - а). Вес тела зависит от ускорения, с которым движется опора, и появление этого ускорения эквивалентно изменению ускорения свободного падения. Если, например, заставить лифт падать свободно, т. е. а = g, то F₁ = m(g - g) = 0, тело находится в состоянии невесомости.

Окончание >>>