Номер 179, страница 50 - гдз по физике 7 класс сборник задач Исаченкова, Гладков

179. (э)

Решение

Да, при резком опускании груза, подвешенного к резиновому шнуру, его вес изменяется. Чтобы понять почему, необходимо различать понятия массы и веса, а также применить законы динамики Ньютона.

Масса ($\text{m}$) – это скалярная величина, мера инертности тела. Масса груза остается постоянной в любых условиях (если не учитывать релятивистские эффекты).

Вес ($\text{P}$) – это векторная величина, сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес (в данном случае, на резиновый шнур). По третьему закону Ньютона, вес тела равен по модулю силе реакции опоры или силе натяжения подвеса ($\text{T}$).

Рассмотрим два случая:

1. Груз в состоянии покоя. Когда груз просто висит на шнуре, он находится в равновесии. Ускорение равно нулю ($a=0$). На груз действуют две силы: сила тяжести $F_т = mg$, направленная вниз, и сила натяжения шнура $T_{покоя}$, направленная вверх. Согласно второму закону Ньютона:
$T_{покоя} - mg = ma = 0$
Отсюда сила натяжения равна силе тяжести:
$T_{покоя} = mg$
Вес груза в состоянии покоя $P_{покоя}$ равен силе натяжения:
$P_{покоя} = T_{покоя} = mg$

2. Груз опускается с ускорением. Когда груз резко опускают, он начинает двигаться вниз с некоторым ускорением $\text{a}$. Направим ось OY вниз. Тогда второй закон Ньютона в проекции на эту ось запишется так:
$mg - T_{движ} = ma$
где $T_{движ}$ – сила натяжения шнура во время движения. Выразим из этого уравнения силу натяжения:
$T_{движ} = mg - ma = m(g - a)$
Вес груза во время движения $P_{движ}$ равен этой силе натяжения:
$P_{движ} = T_{движ} = m(g - a)$

Сравнивая вес в состоянии покоя ($P_{покоя} = mg$) и вес при движении с ускорением вниз ($P_{движ} = m(g-a)$), мы видим, что поскольку ускорение $a > 0$, то $P_{движ} < P_{покоя}$.

Таким образом, при движении вниз с ускорением вес груза уменьшается. Это явление называется перегрузкой (в данном случае, отрицательной) или частичной невесомостью. Интуитивно это можно понять так: шнуру не нужно "держать" весь вес, так как сила тяжести сама "помогает" грузу двигаться вниз. Если бы груз падал свободно ($a=g$), его вес стал бы равен нулю ($P = m(g-g) = 0$), что соответствует состоянию невесомости.

Ответ: Да, вес груза изменяется (уменьшается). Это происходит потому, что при движении вниз с ускорением $\text{a}$ сила натяжения подвеса, равная весу груза $\text{P}$, становится меньше силы тяжести: $P = m(g - a)$, где $\text{m}$ – масса груза, $\text{g}$ – ускорение свободного падения. В состоянии покоя вес равен $ ext{mg}$.