Везни в асансьора LEIFIphysik
Везни в асансьора
Целта на експеримента
Ако искате да знаете колко тежите, обикновено стоите на кантар и четете резултата от дисплея в килограми. Следващият експеримент обаче показва, че стойността, показана от скалата, не винаги е идентична с физическата величина „Маса“.
Изграждане и изпълнение
- кухненска везна
- всяко тяло
- асансьор
Поставете везните в асансьора и първо определете „теглото“ на тялото, когато асансьорът е неподвижен. След това се качете с асансьора на няколко етажа и след това отново надолу. Междувременно гледайте дисплея на кантара.
наблюдение
задача
Опишете наблюденията, които сте направили, докато асансьорът е стоял неподвижно, се е качвал и спускал.
Обяснение
Дори ако везната показва резултата от измерването в единица килограми, в крайна сметка това е силомер, който измерва силата, с която поставеното тяло действа върху скалата. Как прави това Везни?
В везната има компресионна пружина, която се компресира от външната сила, действаща върху пружината. Според закона на HOOKE, самата пружина упражнява противоположно насочена сила. Пружината се компресира, докато външната сила и силата на пружината са в равновесие.
Разстоянието, на което пружината се компресира в равновесие, се измерва в баланса и се умножава по известната пружинна константа \ (D \). Резултатът е количеството външна сила, действаща върху кантара. След това тази сума се разделя на ускорението поради гравитацията \ (g \) и резултатът се показва като маса.
Това работи добре в състояние на покой, защото пружината в баланса наистина трябва само да балансира теглото на тялото. Дори ако асансьорът се движи с постоянна скорост, никакви допълнителни сили не действат и кантарът показва правилна стойност.
Като пример, нека сега разгледаме началото на изкачването на асансьора, по време на което тялото се ускорява нагоре. Сега пружината за налягане на везната трябва да бъде допълнително в допълнение към теглото на тялото, приложете и силата, която ускорява тялото нагоре върху кантара (2-ра аксиома на NEWTON - \ (F = m \ cdot a \)). Тази обща сила е по-голяма от теглото само. Везните обаче измерват общата сила на компресионната пружина и показват грешно, твърде голямо „тегло“.
При спиране на движението нагоре е точно обратното: тялото се спира със сила надолу. Тази сила възниква от силата на компресионната пружина по-малък отколкото тежестта и общата сила на двете сили е насочена надолу. И тук скалата измерва общата сила на компресионната пружина и отново показва неправилно, сега твърде малко „тегло“.
Задача за разбиране
Ако проведете експеримента със старомоден баланс на лъча, няма да можете да забележите никаква разлика в дисплея по време на цялото пътуване.