В закрытом лифте, который ускоряется вверх с ускорением a, как и почему изменятся показания пружинных и электронных весов, и какие различия возникнут при переходе к неинерциальной системе отсчёта
Коротко: показания и пружинных, и электронных весов при ускорении лифта вверх увеличатся — сила, действующая на весы, станет равна m(g+a)m(g+a)m(g+a). Причина — нормальная сила должна компенсировать и тяжесть, и даваемое телу ускорение. Объяснение (инерциальная система): суммируя силы на груз вдоль вертикали, N−mg=ma,
N - mg = ma, N−mg=ma,
откуда нормальная (измеряемая) сила N=m(g+a).
N = m(g+a). N=m(g+a).
Пружинные весы читают деформацию пружины, пропорциональную NNN (по закону Гука), электронные — измеряют ту же контактную силу через тензодатчик или преобразователь, поэтому физически оба регистрируют одинаковую силу NNN. Объяснение (неинерциальная система лифта): вводят псевдосилу −ma -ma−ma (она направлена противоположно ускорению системы), тогда при равновесии N−mg−ma=0⇒N=m(g+a),
N - mg - ma = 0 \quad\Rightarrow\quad N = m(g+a), N−mg−ma=0⇒N=m(g+a),
то есть результат тот же, но интерпретация — как действие эффективного ускорения geff=g+a\,g_{\rm eff}=g+ageff=g+a. Практические замечания: - Если электронные весы выдают «массу», они обычно калиброваны по ggg, поэтому покажут «кажущуюся массу» mapp=Ng=m(1+ag).
m_{\rm app}=\frac{N}{g}=m\Big(1+\frac{a}{g}\Big). mapp=gN=m(1+ga).
- При свободном падении (a=−ga=-ga=−g) показания будут нулевые. - В замкнутом лифте архимедова сила тоже меняется пропорционально g+ag+ag+a, так что поправка на выталкивание сохраняет отношение; общая картина не меняется. - Балансные (сравнительные) весы, измеряющие относительную массу, при одинаковом ускорении для обеих чаш остаются нетронутыми.
Объяснение (инерциальная система): суммируя силы на груз вдоль вертикали,
N−mg=ma, N - mg = ma,
N−mg=ma, откуда нормальная (измеряемая) сила
N=m(g+a). N = m(g+a).
N=m(g+a). Пружинные весы читают деформацию пружины, пропорциональную NNN (по закону Гука), электронные — измеряют ту же контактную силу через тензодатчик или преобразователь, поэтому физически оба регистрируют одинаковую силу NNN.
Объяснение (неинерциальная система лифта): вводят псевдосилу −ma -ma−ma (она направлена противоположно ускорению системы), тогда при равновесии
N−mg−ma=0⇒N=m(g+a), N - mg - ma = 0 \quad\Rightarrow\quad N = m(g+a),
N−mg−ma=0⇒N=m(g+a), то есть результат тот же, но интерпретация — как действие эффективного ускорения geff=g+a\,g_{\rm eff}=g+ageff =g+a.
Практические замечания:
- Если электронные весы выдают «массу», они обычно калиброваны по ggg, поэтому покажут «кажущуюся массу»
mapp=Ng=m(1+ag). m_{\rm app}=\frac{N}{g}=m\Big(1+\frac{a}{g}\Big).
mapp =gN =m(1+ga ). - При свободном падении (a=−ga=-ga=−g) показания будут нулевые.
- В замкнутом лифте архимедова сила тоже меняется пропорционально g+ag+ag+a, так что поправка на выталкивание сохраняет отношение; общая картина не меняется.
- Балансные (сравнительные) весы, измеряющие относительную массу, при одинаковом ускорении для обеих чаш остаются нетронутыми.