5.9: Видимый вес

Истинный вес - это мера гравитационной силы, действующей на объект. Однако, если объект ускоряется, его измеренный вес отличается от его истинного веса. Подобные наблюдения можно сделать, когда объект находится в воде. Вес объекта в воде является его видимым весом, которое равно разнице между его истинным весом и поддерживающей силой.

Рассмотрим человека, стоящего на весах внутри лифта. Если весы точны в покое, их показания равны силе, которую человек действует вниз на них. Единственные силы, действующие на человека, это его вес и восходящая нормальная сила весов. В покое, суммарная сила на человека равна нулю. Согласно третьему закону Ньютона, вес и нормальная сила равны по величине и противоположны по направлению, поэтому нормальная сила равна истинному весу человека. Весы отображают нормальную силу, действующую от весов на человека.

Если лифт ускоряется вверх с постоянным ускорением, видимый вес больше истинного веса, так как суммарная сила, действующая на него, больше нуля. Однако, если лифт замедляется, видимый вес объекта меньше, чем его истинный вес, так как суммарная сила, действующая на объект, отрицательная. Если лифт находится в свободном падении, человек чувствует невесомость, так как они и лифт падают под гравитационным ускорением. Это явление называется видимой невесомостью.

"Невесомость", которую испытывают люди на орбите спутника близко к Земле, является той же видимой невесомостью, которую испытывают в свободно падающем лифте. Сила притяжения гравитации заставляет спутник "отклоняться" от своего естественного прямолинейного пути. Таким образом, хотя сила гравитации действует на объекты внутри спутника, они испытывают видимую невесомость, потому что они и спутник ускоряются вместе, как в свободном падении.

Рассмотрим лифт в состоянии покоя, имеющий на весах ящик. Гравитационная сила, действующая на ящик, равна нормальной силе, действующей на ящик шкалой, так что величина результирующей силы, действующей на ящик, равна нулю. Весы показывают величину нормальной силы, которая является истинным весом коробки.

Если лифт движется вверх с постоянным ускорением, то чистая величина силы, действующей на коробку, равна разнице между нормальной силой и действующей на него гравитационной силой. Весы показывают, что видимый вес превышает истинный вес коробки.

Когда лифт разгоняется вниз, условно, ускорение становится отрицательным. Кажущийся вес теперь ниже, чем реальный вес коробки.

Теперь, если трос лифта оборвется, коробка с весами на мгновение зависнет, но в конечном итоге ускорится вниз под действием силы тяжести, испытывая свободное падение.

Весы показывают ноль, и коробка кажется невесомой. Это явление называется кажущейся невесомостью.