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超重和失重问题
超重和失重是两个很重要的物理现象。当物体的加速度向上时,物体对支持物的压力大于物体的重力,这种现象叫做超重;当物体的加速度向下时,物体对支持物的压力小于物体的重力,这种现象叫做失重;当物体向下的加速度为g时,物体对支持物的压力为零,这种现象叫做完全失重。下面通过举例说明超重和失重的有关问题。
【例1】竖直升降的电梯内的天花板上悬挂着一根弹簧秤,如图1所示,弹簧秤的秤钩上悬挂一个质量m=4kg的物体,试分析下列情况下电梯的运动情况(g取10m/s2:
(1当弹簧秤的示数T1=40N,且保持不变.(2当弹簧秤的示数T2=32N,且保持不变.(3当弹簧秤的示数T3=44N,且保持不变.
正
解析:选取物体为研究对象,它受到重力mg和竖直向上的拉力T的作用.规定竖直向上方向为正方向.
当T1=40N时,根据牛顿第二定律有T1-mg=ma1,则>>>>>>>>T
Tmg40410a11m/s20
m4
由此可见电梯处于静止或匀速直线运动状态.
(2当T2=32N时,根据牛顿第二定律有T2-mg=ma2,则>>>>>>>>
图1
mg
a2
T2mg3240
m/s22m/s2
m4
式中的负号示物体的加速度方向与所选定的正方向相反,即电梯的加速度方向竖直向
下.电梯加速下降或减速上升.
(3当T3=44N时,根据牛顿第二定律有T3-mg=ma3,则>>>>>>>>
a3
T3mg4440
m/s21m/s2
m4
加速度为正值表示电梯的加速度方向与所选的正方向相同,即电梯的加速度方向竖直向
上.电梯加速上升或减速下降.
小结:当物体加速下降或减速上升时,亦即具有竖直向下的加速度时,物体处于失重状态;当物体加速上升或减速下降时,亦即具有竖直向上的加速度时,物体处于超重状态.
【例2】举重运动员在地面上能举起120kg的重物,而在运动着的升降机中却只能举起100kg的重物,求升降机运动的加速度.若在以2.5m/s2的加速度加速下降的升降机中,此运动员能举起质量多大的重物?(g取10m/s2
解析:运动员在地面上能举起120kg