NT. Co to znaczy, że ciało znajduje się w stanie nieważkości?

Co to znaczy, że ciało jest w stanie nieważkości?
Założenie wyjściowe:
Na podłożu leży ciało A o masie
, natomiast na tym ciele leży ciało o masie
Jeżeli wartość siły nacisku ciała B na
ciało A wynosi zero, to mówimy, że oba
ciała względem siebie znajdują się w
stanie nieważkości!
Jak można osiągnąć w warunkach ziemskich stan nieważkości?
Założenie wyjściowe:
Człowiek o masie m stoi na podłodze windy poruszającej się pionowo w dół ruchem jednostajnie przyspieszonym.
Wartość przyspieszenia windy wynosi a.
Uwaga:
Jeżeli wektory prędkości i przyspieszenia mają takie same zwroty, to
oznacza to, że ciało (człowiek i winda) porusza się ruchem przyspieszonym!
Na człowieka działają następujące siły:
- siła grawitacji, której wartość wynosi w przybliżeniu tyle, co wartość tzw.
ciężaru człowieka (siły ciężkości)
- siła reakcji (sprężystości) podłogi windy
Zgodnie z III Z.D.N: wartość siły nacisku człowieka na podłogę
ma taką
samą wartość, jak siła reakcji podłogi windy
Ponieważ winda, wraz z człowiekiem, porusza się ruchem zmiennym, to do opisu ruchu człowieka i windy należy
zastosować II Z.D.N:
W rozpatrywanej sytuacji:
Oraz:
Stąd:
NT - Co to oznacza, że ciało znajduje się w stanie nieważkości?
Strona 1
Po prostych przekształceniach:
Człowiek będzie w stanie nieważkości względem podłogi windy, gdy:
Ponieważ:
to drugi z czynników we wzorze na siłę nacisku, musi mieć zerową wartość
Wniosek:
Jeżeli winda i człowiek będą spadać swobodnie (tylko pod wpływem siły grawitacji), to wartość siły
nacisku człowieka na podłogę windy będzie równa zero
człowiek będzie się znajdować w stanie
nieważkości!
Uwaga:
Przyjmując, że wartość przyspieszenia windy jest liczbą dodatnią (wektory mają tylko wartości dodatnie!), to wartość
siły nacisku człowieka na podłogę windy, podczas jej ruchu w pionie, można wyrazić zależnością:
Wybór znaku ( lub ):
 ruch przyspieszony do góry lub opóźniony w dół: wybieramy
Wartość siły nacisku jest większa od wartości ciężaru człowieka. Człowiek znajduje się w stanie
przeciążenia.
 ruch przyspieszony w dół lub opóźniony do góry: wybieramy
Wartość siły nacisku jest mniejsza od wartości ciężaru człowieka. Człowiek
znajduje się w stanie niedociążenia.
Wartość siły nacisku jest równa zero. Człowiek znajduje się w stanie
nieważkości.
Człowiek traci kontakt z podłogą!
 ruch jednostajny (do góry lub w dół):
Wniosek końcowy:
Wartość siły nacisku jest równa wartości ciężaru człowieka.
Jeżeli jedyną siłą działającą na ciało jest siła grawitacji, to ciało znajduje się w stanie nieważkości!
Zadanie.
Kosmonauta o masie 80 kg znajduje się w stacji kosmicznej okrążającej Ziemię po torze będącym
okręgiem. Odległość stacji od powierzchni Ziemi wynosi 500 km. Oblicz wartość siły grawitacji ziemskiej
działającej na kosmonautę. O ile procent wartość tej siły jest mniejsza od wartości siły grawitacji działającej
na kosmonautę na powierzchni Ziemi? Czy kosmonauta, krążący wokół Ziemi, znajduje się w stanie
nieważkości? (uzasadnij odpowiedź!)
NT - Co to oznacza, że ciało znajduje się w stanie nieważkości?
Strona 2