【doc】 浅析失重状态下重力的作用效果

【doc】 浅析失重状态下重力的作用效果 浅析失重状态下重力的作用效果 Vo1.23No.254 (X)10.2005.20. 物理教学探讨 JournalofPhysicsTeaching 第23卷总第254期 2005年第10期(下半月) 浅析失重状态下重力的作用效果 钟俊敏 新余第四中学校,江西新余338031 1对测力计读数的影响 测力计的读数,就是测力计受到的力.如图1 所示: 图1乙 静止时,由二力平衡:F—G 由牛顿第三定律:F—F 所以,读数F:G.即视重等于物体的重力, 可以用测力计准确测出物体的重力. 失重时(以加速度n加速下降),由牛顿第二 定律:mg,F一 故F=m(g一口),F<G,读数少于实际重 力 同理,超重时(以加速度n上升)时: F—m(g+n),F>G,读数大于实际重力 超重和失重时,都不能用测力计准确测出物 体的实际重力. 而且,完全失重时(以加速度g加速下降), F—m(g—g)一0,也就是:F一0,测力计读数 为0,弹簧恢复原长. 例1某人站在体重计(弹簧称)上,由静止 突然下蹲的全过程中,体重计读数如何变化? 例2如图2示,台秤上放一个装有水的杯 子,通过固定在台称上的支架用一根线悬挂一个 小球,球全部浸没在水中,平 衡时台秤有一定的数值.现剪 断悬线,在球下落但还没有达 到杯底的过程中,不计水的阻 力,则台秤的读数如何变化? 2液体内部压强的变化 图2 液体内部的压强是因为液体的重力产生的. 如图3示,底面积为S的容器中,装有深度为h的 水,密度为fD. 平衡时,对水柱由二力平衡得:N—G ,? EEI圉 G B C 台.水仍然从孔中流隹三}.,Z.出,但流变快;.水笪::屋詈l 第23卷总第254期 2005年第1O期(下半月) Vo1.23NO.254 (X)10.200521 力F.是一对相互作用力. 平衡时,对水柱B有:F.一G 故:Fl—Fj—Gl 水对下底的压力F一PS,因同一深度各 个方向的压强相等,故P.一P.;取相同面积相同 深度水柱C,它对下底的压力F.一F:,对水柱 C:F2一G2 故F2一F2一G2 故浮力F—F!一F一G2一G一pVg 失重时(以”加速下降),对水柱B:,’rig—F 一, 故:Fl—m(g—a) 对水柱C:g—F2一” 故F2一(g一?) 此时浮力F—F2一F一(g—H) 完全失重时,浮力F—pv(g—g)一o,液体 对浸入其中的物体没有浮力! 例4如图6示,在 静止的电梯中放一桶水, 将一个弹簧固连在桶底 的软木塞浸没水中.当电 梯以加速度”(“<g)加 速下降时() A.弹簧的伸长量将比静止时减小 B.弹簧的伸长量将比静止时增加 C.弹簧的伸长量与静止时相等 D.弹簧的伸长量为0 4天平在完全失重状态下失效 天平是称量质量的工具,其称量原理是等臂 杠杆的平衡(如图7示).当天平在水平位置平衡 时,力臂L1一L2; 囝7 且:mlg—F1,F1一F1 m2g—F2,F2一F2 由杠杆平衡条件得:F.L.==FL. 即:lgLI’一2gL2 故:l—2 将其中一个做成的砝码,则可读出另一 个物体的质量. 在失重状态下,有m.g—F?一, 由牛顿第三定律:F一F.一mt(g一”) 同理:F2一F2一m2(g一”) 由杠杆平衡原理:F.L一FzLz 仍然有:ml—m2 在失重状态下,天平同样可以准确地称出物 体的质量. 在超重状态下,F.一F.一,.(g+”) F2一F!一2(g+”) 同样可以准确地称出物体的质量. 而在完全失重(“=g)时,F一F一0,天平 在任何位置都可以平衡,与质量无关!不能称 出物体的质量,天平失效. 5摆钟失效(甚至停摆) 摆钟的原理可以简化为 一 个单摆(如图8).在重力G 和绳子拉力作用下,沿AOBA 曲线摆动.一方面沿AOB做G 园弧运动,需要向心力F自一 丁一G; 图8 另一方面沿AOB作往复运动,需要回复力 F一G,可以导出简谐振动的周期公式:丁一 2 在失重状态下(系统以加速度”加速下降 时),重力G产生两个效果:一个是产生向下的加 速度”,另一个是与绳子拉力丁共同维持摆动,即 可分解为:mg一711.(2+mg 故:g一g一” 这时单摆的周期为:丁一27r/可见, 周期变大了,摆钟走得更慢,计时不准了. 超重状态下,g一g+”,』,一2不?周 期变小了,走得更快,计时也不准了. 当”一g时,即完全失重时,丁一cx3,即单摆 停摆了! 例5在人造卫星中,下列哪些仪器不能正 常使用() ?天平?弹簧秤?水银温度计? 水银气压计 例答案:例1:先减小后增大例2:台称读 数变小例3:C例4:A例5:?? h 讨-J e r探 学 h 教P 理. .