5.9: 見かけの重量

真の重量は、物体に作用する重力の尺度です。 ただし、物体が加速すると、測定された重量は実際の重量とは異なります。 物体を水中に沈めた場合にも同様の観察が可能です。 水中での物体の重さは見かけの重さであり、実際の重さと浮力の差に等しくなります。

エレベーター内で体重計の上に立っている人を考えてみましょう。 安静時にスケールが正確であれば、その測定値は人がスケールに下向きに及ぼす力の大きさと等しくなります。 人間に作用する力は、体重と体重計の上向きの法線力だけです。 安静時には人にかかる正味の力はゼロです。 ニュートンの第 3 法則によれば、重量と垂直抗力は大きさが等しく、方向が逆であるため、垂直抗力は人の真の体重に等しくなります。 体重計は、体重計が人に及ぼす垂直抗力を読み取ります。

エレベータが一定の加速度で上向きに加速する場合、エレベータに作用する正味の力はゼロより大きいため、見かけの重量は真の重量より大きくなります。 ただし、エレベーターが減速すると、物体に作用する正味の力が負になるため、見かけの重量は物体の真の重量よりも小さくなります。 エレベータが自由落下している場合、人はエレベータとともに重力加速度を受けて落下するため、無重力状態状態を感じます。 この現象は見かけの無重力状態状態と呼ばれます。

「無重力状態状態状態」 地球に近い衛星軌道上の人々が経験するのは、自由落下するエレベーターで経験するのと同じ見かけの無重力状態状態状態です。 重力により衛星は「落下」します。 自然な直線経路から外れます。 したがって、重力は衛星内の物体に作用しますが、物体と衛星は自由落下のように一緒に加速するため、物体は見かけ上の無重力状態状態を経験します。

計量スケールにボックスがある、静止しているエレベーターを考えてみましょう。箱にかかる重力は、箱のスケールによって加えられる垂直力に等しく、箱にかかる正味の力の大きさはゼロになります。スケールは、ボックスの真の重量である垂直抗力の大きさを読み取ります。

エレベータが一定の加速度で上に移動する場合、ボックスにかかる力の正味の大きさは、垂直抗力とボックスの重力の差に等しくなります。スケールは、ボックスの実際の重量よりも高い見かけの重量を読み取ります。

エレベータが下降加速すると、従来、加速度はマイナスになります。見かけの重量がボックスの実際の重量よりも低くなりました。

さて、エレベーターのケーブルが切れると、はかりの入ったボックスは一瞬ホバリングしますが、最終的には重力によって下向きに加速し、自由落下を経験します。

目盛りはゼロを示し、ボックスは無重力に見えます。この現象は見かけの無重力と呼ばれます。