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  • 趣味物理學
  • (俄)別萊利曼著 余杰編譯
  • 975字
  • 2021-10-29 17:59:21

8.落體的重量

我們在乘坐電梯的時候都會有種奇怪的,好像墜入懸崖的那種輕飄飄的感覺,這樣的感覺就是失重。當電梯開始工作時,你腳下的電梯底板就已經開始下落了,不過你并未產生同樣的速度,所以,在那一瞬間你的身體并未對底板產生壓力,身體變輕了。但是這種奇特的感覺很快就消失了:你的身體比勻速下落的電梯具備更快的下落速度,這樣就會對木板施加壓力,我們的重量恢復。

如果把一個砝碼掛在一個彈簧秤上,當磅秤和砝碼一起下落時,仔細觀察一下讀數是否發生了變化(為了便于觀察,可以在秤的缺口處放置一小塊軟木,并注意軟木的位置變化)。你會發現當秤和砝碼同時下落時,讀數并未顯示出砝碼的標準重量,而只顯示了一小部分。如果你在秤自由墜落時觀察讀數的變化,你就會看到當砝碼和秤同時快速下墜時,砝碼竟然一點重量都沒有,指針顯示的數值是0。

即便是最重的物體,在下落的過程中也不會有任何重量。這種現象很容易理解,重量就是物體壓迫支撐點或懸掛點的力。不過正在下落的物體并不能對秤上的彈簧產生拉力,原因是彈簧同它一起下落。它在物體下落的時候,并沒有牽拉任何東西,也沒有擠壓任何東西。所以,當有人問這個正在下落的物體的重量是多少,就等于在問沒有重量的物體到底有多重。

17世紀,力學的奠基人伽利略曾經寫道:“當我們阻止重物下落時,我們能感到肩膀的重量。不過如果我們和肩上的重物以相同的速度下落,我們的肩膀還會感受到壓力嗎?這跟下面的情形非常相似:如果我們想用長矛刺傷一個人,但是這個人在用跟我們一樣的速度奔跑。”

下面這個簡單、便于操作的實驗可以直觀地證明這些推理的正確性。我們將一把夾堅果用的鉗子放在天平的一個盤里,在一個盤上放上它的一支柄,將另一支柄用細線系在天平橫梁的鉤子上(如圖24)。然后將重物壓在另一個盤子里,以便讓天平保持平衡。將燒著的火柴靠近細線,細線被火柴燒斷時,被線系起來的鉗子就會掉落到盤子里。

圖24 證明落體失重的實驗

此時的天平會是怎樣的情況呢?當鉗柄向盤子里下落的時候,裝有鉗子的盤到底會下降、上升,還是依舊維持平衡?

因為你現在已經知道,正在下墜的物體沒有重量,你可以預知這個問題的正確答案:左邊秤盤會立刻向上升。

真實的情況也是這樣的:盡管上面的鉗柄在下落時會和下面的鉗柄相連,但是畢竟它施加給下面鉗柄的壓力比靜止時小,所以,鉗子的重量減少了,那么左邊秤盤立刻上升就變得很正常了。

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