Известно, что в космических кораблях, самолётах и даже вблизи земли может наступать явление невесомости – отсутствие веса, то есть силы, с которой тело действует на опору или подвес (см. § 3-г).

Для выяснения причин невесомости познакомимся сначала с формулой для нахождения веса тела, движущегося с ускорением. Чтобы охватить множество различных направлений вектора ускорения тела по сравнению с вектором ускорения свободного падения, рассмотрим грузик на нити, который вращают в вертикальной плоскости (см. чертёж).

На грузик действуют два тела: нить и Земля, то есть действуют две силы: F_упр и F_тяж.

Выпишем начало и конец равенства в виде самостоятельной формулы для определения вектора веса тела, движущегося с ускорением:

W – модуль веса тела, Н g – модуль ускорения свободного падения, м/с2 a – модуль ускорения тела, м/с2 m – масса тела, кг

Проанализируем формулу. Если ускорение тела a векторно равно g, разность в скобках обращается в ноль, и возникает невесомость.

Это может произойти, например, если нить оборвётся. Тогда грузик будет совершать свободное падение – движение только под действием силы тяжести. Так может быть не только с грузиком, но и с любым свободно падающим телом. Например, когда самолёт выключает двигатели и пикирует вниз, когда космический корабль выключает двигатели и движется вокруг Земли только под действием силы тяжести.

1. При определённых условиях невесомость возникает ...
2. В физике и космонавтике невесомостью называют ...
3. Формула для веса тела, движущегося с ускорением, нам понадобится ...
4. В записи второго закона Ньютона равнодействующую слагают ...
5. Векторы веса и силы упругости нити равны с точностью до знака ...
6. Левее рисунка с грузиком на нити записан вывод ...
7. По сравнению с формулой для веса покоящегося тела, в формуле в рамке присутствует вектор ...
8. Явление невесомости возникает в том случае, ...
9. Согласно формуле, причина этого в том, что ...
10. Если нить оборвётся, то вне зависимости от своей траектории ...
11. Мы в этом уверены, так как полёт грузика будет происходить ...
12. Явление невесомости можно наблюдать ...
13. Почти полная невесомость возникает в самолёте, когда он ...
14. Абсолютно полная невесомость возникает в искусственном спутнике, когда он ...

Примечание. Поскольку формула векторная, она будет справедлива в любой точке любой траектории, даже прямолинейной (см. задачу в § 13-г).

Военные лётчики и испытатели самолётов хорошо знают фигуру высшего пилотажа «петля Нестерова». Она заключается в том, что самолёт движется в небе также, как и рассмотренный грузик на нити – описывая окружность в вертикальной плоскости. При этом люди в самолёте испытывают перегрузку – многократное увеличение веса: как собственного, так и предметов вокруг. Значение перегрузки, то есть кратность увеличения веса, можно рассчитать по выведенной нами формуле. Рассмотрим пример.

Задача. Мальчик равномерно вращает грузик на нити в вертикальной плоскости так, что в верхней точке грузик совершенно не натягивает нить. Во сколько раз вес грузика в нижней точке превосходит обычный вес этого же грузика в состоянии покоя? Сделайте чертёж.

Решение. Если натяжение нити в верхней точке окружности равно нулю, следовательно, вес грузика равен нулю – он испытывает невесомость.

Используем формулу для определения вектора веса:

Запишем её в проекциях на ось Y для верхней и нижней точек траектории (левый и правый столбцы):

Последнее равенство означает, что вес грузика (то есть сила, с которой он тянет нить) в нижней точке траектории направлен противоположно оси Y, то есть вниз, и по модулю в два раза больше веса грузика при его покое. Поэтому говорят, что грузик испытывает двухкратную перегрузку. Напротив, в верхней точке грузик не натягивает нить, значит, он невесом.

15. Формула в рамке применима для любого движения, ...
16. Явлением перегрузки называют ...
17. Вычислить значение перегрузки – значит, вычислить ...
18. Грузик бывает в невесомости, поскольку в задаче сказано: ...
19. Вопрос задачи – о значении перегрузки, поскольку в задаче сказано: ...
20. Грузик испытывает двухкратную перегрузку, поскольку в нижней точке траектории его вес ...