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张前军物理教学随笔

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日志

 
 

超失重现象的由来与实质  

2011-04-01 07:25:23|  分类: 必修1 |  标签: |举报 |字号 订阅

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写在前面:超失重现象在实际问题中学生掌握的很不到位,其原因在于对日常生活测重原理没理解清楚,导致出现的超失重现象实质把握不准。

在日常生活中测重力弹簧测力计,测量过程中物体的状态是处于静止状态(相对地面),因此,根据二力平衡得到弹力F等于重力G,这与物体用绳悬挂或放在平面上静止时绳的拉力F(或平面的支持力F)等于重力G的道理是一样的,长期以往,在日常生活的这种现象在人们的脑海形成一了一种思维定势,即F始终等于G的,这个错误思维定势忽略了一个重要的前提就是物体要处于静止状态或匀速运动状态(都是相对地面的)。

当物体在竖直方向运动具有加速度时,悬挂物体的拉力或支持物体的支持力会出现与重力不等的现象。比如,当物体的加速度向上时,F是大于重力G的,但人们还是按前面的错误思维定势F=G来理解的,既F变大了,也就是G变大了,也就把这种现象称为超重现象。根据牛顿第二定律,拉力F大于G,多出的部分力是提供了物体向上的加速度而已,但物体的重力并没有变化。反之当物体具有向下加速度时,G大于F,若还按前面的错误思维定势F=G来理解的,既F变小了,也就是G变小了,也就把这种现象称为失重现象。当然物体的重力并没有变化,G比F多出的部分力只不过是提供了物体向下的加速度而已。

当F=0时叫完全失重,物体运动的向下加速度就是重力加速度g,也就是说重力作用不是用来平衡F的,而是全部用来产生运动加速度的。像太空中圆周运动的卫星(含其中的物品)所受的万有引力也是全部用来提供卫星做圆周运动的向心加速度,我们也把此时的卫星以及其中的物品状态称为完全失重状态,内部非连接体间没有相互挤压的弹力,都可以完全漂浮在内部。

从以上分析中可看出,引起超重和失重现象的原因是系统加速度,加速度的方向决定着是超重还是失重。即系统的加速度如果与重力同向,则产生失重,相反则产生超重。物体具有向上加速度时可以是向上加速运动,也可以是向下减速运动;物体具有向下加速度时可以是向上减速运动,也可以是向下加速运动。所以在分析超失重问题时千万不能受运动方向的干扰而误判,从加减速中加速度方向与运动方向关系(加速两者同向,减速两者反)分析出加速度方向才是判断超失重的关键。

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