Номер 381, страница 86 - гдз по физике 9 класс сборник задач Исаченкова, Дорофейчик

(э)

Решение

Цель эксперимента — подтвердить, что вес тела увеличивается при его движении с ускорением, направленным вверх. В качестве оборудования используются резиновый жгут и груз. Резиновый жгут в данном опыте выступает в роли простого измерителя силы (аналога пружинного динамометра), поскольку его удлинение пропорционально приложенной к нему силе (весу груза).

Проведем эксперимент в несколько этапов.
Сначала прикрепим груз к одному концу жгута и, держа другой конец, дадим грузу повиснуть в состоянии покоя. В этом положении на груз действуют две силы: сила тяжести $F_т = mg$, направленная вниз, и сила упругости жгута $F_{упр}$, направленная вверх. В состоянии покоя (ускорение $a=0$) эти силы уравновешивают друг друга: $F_{упр} = F_т$. Вес тела $P_0$ — это сила, с которой тело действует на подвес (жгут). По третьему закону Ньютона, эта сила равна по модулю силе упругости. Таким образом, вес покоящегося тела равен силе тяжести: $P_0 = mg$. Мы наблюдаем и запоминаем первоначальное удлинение жгута $\Delta l_0$.

Далее, совершим резкое движение рукой вверх, чтобы груз начал двигаться с ускорением $a$, направленным вертикально вверх. В этот момент, согласно второму закону Ньютона, равнодействующая сил, приложенных к телу, равна произведению массы тела на его ускорение. Запишем уравнение в проекции на вертикальную ось, направленную вверх:
$F'_{упр} - F_т = ma$
где $F'_{упр}$ — это новая сила упругости жгута.

Из этого уравнения можно выразить силу упругости, которая и определяет вес тела $P$ в данном случае:
$P = F'_{упр} = F_т + ma = mg + ma = m(g+a)$

В момент рывка вверх мы экспериментально наблюдаем, что удлинение жгута $\Delta l$ становится заметно больше, чем его удлинение в состоянии покоя $\Delta l_0$. Поскольку удлинение жгута прямо пропорционально приложенной силе (весу), увеличение удлинения ($\Delta l > \Delta l_0$) однозначно свидетельствует об увеличении веса тела ($P > P_0$).

Таким образом, эксперимент наглядно демонстрирует, что при движении тела вверх с ускорением его вес увеличивается. Это явление называется перегрузкой.

Ответ: Экспериментально подтвердить увеличение веса тела при его движении вверх с ускорением можно, подвесив груз на резиновый жгут. Сначала отмечается удлинение жгута, когда груз находится в состоянии покоя (это соответствует весу $P_0=mg$). Затем, при резком подъеме груза вверх (создании ускорения, направленного вверх), наблюдается, что жгут растягивается сильнее. Это увеличенное растяжение доказывает, что сила, действующая на жгут, то есть вес тела, стала больше, чем в состоянии покоя. Теоретически вес в этом случае равен $P=m(g+a)$.