Коротко: ощущения «тяжести» или «невесомости» объясняются изменением нормальной силы от пола/ручки, которая в невесомом/неинерционном основании компенсирует силу тяжести при наличии ускорения кабины. Это непосредственно вытекает из II закона Ньютона.
Основная формула (вертикаль, вверх положительно):
- Сумма сил: $N-mg=ma$, откуда
$N=m(g+a)$,
где $m$ — масса, $g$ — ускорение свободного падения ($\approx 9.81{\text{м/с}}^2$), $a$ — ускорение кабины (положительное вверх), $N$ — нормальная сила (показание весов, сила, которую вы чувствуете).
Следствия (быстро и без лишнего):
- Кабина ускоряется вверх ($a>0$) → $N>mg$: вы чувствуете себя тяжелее.
- Кабина ускоряется вниз ($a<0$) → $N<mg$: вы чувствуете себя легче.
- Свободное падение ($a=-g$) → $N=0$: состояние невесомости, весы и акселерометр показывают ноль.
- Резкая остановка при движении вниз (брэйк даёт ускорение вверх) → большой $a>0$ → резкое увеличение веса (чувство «подбрасывания к полу»).
- Резкая остановка при движении вверх (эффективное ускорение вниз) → уменьшение веса, возможное «подпрыгивание» тела.
О бытовых датчиках ускорения (MEMS, акселерометры):
- Они измеряют собственное (proper) ускорение — то есть суммарную «негравитационную» силу на единицу массы, эквивалентно нормальной силе, делённой на массу. В нашей конвенции показание вдоль вертикали:
$a_{\text{датчик}}=g+a$.
- В покое на полу: $a_{\text{датчик}}\approx g$ (около $9.81{\text{м/с}}^2$).
- В свободном падении: $a_{\text{датчик}}\approx 0$.
- При подъёме с ускорением $a$: показывает $>g$; при падении/ускорении вниз — $<g$.
- Резкие изменения ускорения (jerk) дают короткие пиковые импульсы в показаниях.
Про ручку/держание: если вы держите ручку, вы воспринимаете изменение натяжения руки (силу тяги), которая вместе с нормальной силой и трением уравнивает инерционные силы тела при ускорениях; при резком торможении тело «отстаёт» из‑за инерции, и ручка/пол должны обеспечить большую силу — вы это чувствуете как рывок.
Итого: все ощущения объясняются II законом Ньютона и понятием мнимой (инерционной) силы в неинерциальной системе; показания бытовых акселерометров соответствуют величине $g+a$ (вверх положительно) и поэтому растут при ускорении вверх, падают при ускорении вниз и равны нулю при свободном падении.