Номер 4, страница 114 - гдз по физике 9 класс учебник Исаченкова, Сокольский

4. Что называется перегрузкой?

4. Что называется перегрузкой?

Решение

Перегрузка — это явление, при котором вес тела (сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес) превышает силу тяжести, действующую на это тело. Это происходит, когда тело движется с ускорением, направленным вверх (противоположно ускорению свободного падения).

В состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения вес тела $P_0$ равен по модулю силе тяжести $F_g$: $P_0 = F_g = mg$, где $m$ — масса тела, а $g$ — ускорение свободного падения.

Рассмотрим тело в лифте, который начинает движение вверх с ускорением $\vec{a}$. На тело действуют две силы: сила тяжести $m\vec{g}$, направленная вниз, и сила нормальной реакции опоры $\vec{N}$, направленная вверх. Согласно второму закону Ньютона, их векторная сумма равна произведению массы на ускорение:

$m\vec{g} + \vec{N} = m\vec{a}$

Спроецируем это уравнение на вертикальную ось, направленную вверх:

$N - mg = ma$

Отсюда можно выразить силу реакции опоры:

$N = mg + ma = m(g+a)$

Согласно третьему закону Ньютона, вес тела $P$ по модулю равен силе реакции опоры $N$. Следовательно, вес тела при движении с ускорением вверх составляет:

$P = m(g+a)$

Так как $a > 0$, то вес $P$ становится больше силы тяжести $mg$. Это увеличение веса и есть перегрузка. Для количественной оценки перегрузки используют коэффициент перегрузки $n$ — безразмерную величину, показывающую, во сколько раз вес тела превышает силу тяжести:

$n = \frac{P}{mg} = \frac{m(g+a)}{mg} = 1 + \frac{a}{g}$

Перегрузки испытывают пилоты при выполнении фигур высшего пилотажа, космонавты во время старта космического корабля, и даже пассажиры в быстро разгоняющемся вверх лифте. Например, при $a=g$ коэффициент перегрузки $n=2$, что означает, что вес тела удвоился.

Ответ: Перегрузкой называется явление увеличения веса тела по сравнению с силой тяжести, возникающее при его движении с ускорением, направленным противоположно вектору ускорения свободного падения. Вес тела в состоянии перегрузки рассчитывается по формуле $P = m(g+a)$, где $m$ — масса тела, $g$ — ускорение свободного падения, $a$ — ускорение тела.