На скільки змінюється вага людини під час руху в ліфті, коли він спочатку прискорюється вгору зі швидкістю 0,2 м/с², а потім піднімається зі сталою швидкістю?
Проверенное решение:
Щоб визначити, на скільки змінюється вага людини під час цього руху в ліфті, нам потрібно врахувати зміну сил тяжіння в залежності від прискорення.
-
Спочатку розглянемо період прискорення:
Сила тяжіння (вага) людини визначається формулою:
F=m⋅gF = m cdot g,
де FF — сила тяжіння (вага), mm — маса людини і gg — прискорення вільного падіння (приблизно 9,8 м/с² на поверхні Землі).
Під час прискорення вгору в ліфті сила тяжіння зменшується на величину, рівну масі помноженій на прискорення протилежного напрямку:
Fприскорення=m⋅aF_{text{прискорення}} = m cdot a,
де aa — прискорення ліфта (0,2 м/с²).
Тобто вага людини під час прискорення вгору буде:
Fприскорення=m⋅(g−a)F_{text{прискорення}} = m cdot (g — a).
-
Після закінчення прискорення (під час руху зі сталою швидкістю):
Після того як ліфт набере сталу швидкість, прискорення дорівнює нулю (a=0a = 0), і вага людини знову буде рівною масі помноженій на прискорення вільного падіння:
Fсталий рух=m⋅gF_{text{сталий рух}} = m cdot g.
-
Зміна ваги:
Тепер, щоб знайти зміну ваги, від ваги під час сталого руху віднімемо вагу під час прискорення:
ΔF=Fсталий рух−FприскоренняΔF = F_{text{сталий рух}} — F_{text{прискорення}}.
Підставляючи значення, ми отримаємо:
ΔF=m⋅g−m⋅(g−a)ΔF = m cdot g — m cdot (g — a).
Тепер можемо обчислити зміну ваги:
ΔF=m⋅g−m⋅g+m⋅a=m⋅aΔF = m cdot g — m cdot g + m cdot a = m cdot a.
Отже, зміна ваги людини в ліфті під час прискорення вгору буде дорівнювати масі людини помноженій на прискорення ліфта:
ΔF=m⋅aΔF = m cdot a.
У даному випадку, якщо маса людини m=70m = 70 кг, а прискорення ліфта a=0,2a = 0,2 м/с², то:
ΔF=70 кг⋅0,2 м/с²=14 Н.ΔF = 70 , text{кг} cdot 0,2 , text{м/с²} = 14 , text{Н}.
Отже, вага людини збільшиться на 14 Ньютона під час прискорення ліфта вгору.
Щоб зрозуміти, на скільки змінюється вага під час руху в ліфті, треба врахувати зміну сил тяжіння залежно від прискорення.