一、超重和失重的定义
1. 超重:
物体对支持物的压力(或对悬绳的拉力)大于物体所受重力的现象叫做超重。
注意:此时有FN= mg + ma
2. 失重:
物体对支持物的压力(或对悬绳的拉力)小于物体所受重力的现象叫做失重。
注意:此时有FN= mg - ma
二、发生超重和失重现象的条件
1.发生超重现象的条件:
当物体向上做加速运动或向下做减速运动时,物体均处于超重状态,即不管物体向什么方向运动,只要具有向上的加速度,物体就处于超重状态。
2.发生失重现象的条件:
当物体向下做加速运动或向上做减速运动时,物体均处于失重状态,即不管物体向什么方向运动,只要具有向下的加速度,物体就处于失重状态。
3.拓展:
并非只有物体在竖直方向上,加速向上或减速向下运动时,物体才处于超重状态。其实物体运动时,只要加速度具有向上的分量,物体就处于超重状态;同理只要加速度具有向下的分量,物体就处于失重状态。
注意:超重和失重现象,仅仅是一种表象。所谓超重和失重,只是物体对支持物的压力(或拉力)的增大或减小,是视重的改变而实际重量(实重)并不变。
三、超重与失重现象的拓展分析
1.对超重的理解
设物体的质量为m,物体向上的加速度为a,当地的重力加速度为g,由牛顿第二定律得:F视 - mg= ma,则F视= mg + ma。
其中F视即视重,是物体对支持物的实际压力或对悬挂物的实际拉力的大小。
由此可以看出,超重时视重等于实重加上ma,超出的部分可理解为使物体产生向上的加速度,同时还可看出超重的物体所受重力没变。
2.对失重的理解
设物体的质量为m,物体向下的加速度为a,当地的重力加速度为g,由牛顿第二定律得:mg - F视= ma,则F视= mg - ma。
由此可以看出,失重时视重等于实重减去ma,失去的部分可理解为使物体产生了向下的加速度,同时可看出,失重的物体所受重力也没变。
注意:所谓完全失重,就是视重等于零的现象. 即当a = g时,代入上式可得
F视= mg - ma = mg - mg = 0
3.当物体的加速度不在竖直方向上时,而具有向上的分量a上或者具有向下的分量a下,则物体的视重与实重的关系为:
(1)超重时:F视= mg + ma上,视重等于实重加上ma上,视重比实重超出了ma上。
(2)失重时:F视= mg - ma下, 视重等于实重减去ma下,视重比实重“失去”了ma下。
四、超重或失重现象的应用
【例】 某人在以2.5m/s2的加速度匀加速下降的电梯里最多能举起质量为m= 80kg的物体,则该人在地面上最多能举起质量M为多少的重物?若电梯以2.5m/s2的加速度匀加速上升,则该人最多能举起质量为多少的重物?( g=10m/s2)
【解 】无论人在地面上还是在匀加速下降或者上升的电梯里,该人向上的最大举力是不变的,升降机匀加速下降,说明物体处于失重状态,则举力F= mg - ma。
所以在地面上M= F/g= 60kg,故此人在地面上最多能举起60kg的物体。若升降机匀加速上升,则物体处于超重状态举力F= mg + ma,所以m= F/(g+a)= 48kg。
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