第10讲:航天器中的完全失重现象 新版
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《超重与失重》讲义一、超重与失重的概念当物体具有向上的加速度时,物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象,称为超重;当物体具有向下的加速度时,物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象,称为失重。
如果物体的加速度方向竖直向下,且大小等于重力加速度 g 时,物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零,这种状态称为完全失重。
为了更直观地理解这两个概念,我们可以想象一个人站在体重秤上。
当人静止时,体重秤的示数等于人的重力。
当人加速上升时,体重秤的示数会大于人的重力,这就是超重现象;当人加速下降时,体重秤的示数会小于人的重力,这就是失重现象;当人自由落体时,体重秤的示数为零,这就是完全失重现象。
二、超重与失重的产生条件超重现象产生的条件是物体具有向上的加速度。
例如,当电梯加速上升时,人站在电梯里会感到脚下的支持力变大,体重秤的示数增加,这就是超重现象。
在这种情况下,根据牛顿第二定律 F mg = ma,其中 F 是支持力,m 是人的质量,g 是重力加速度,a 是加速度。
因为 a向上,所以 F 大于 mg,即支持力大于重力,产生超重现象。
失重现象产生的条件是物体具有向下的加速度。
比如,当电梯加速下降时,人会感觉脚下的支持力变小,体重秤的示数减小,这就是失重现象。
此时,根据牛顿第二定律 mg F = ma,因为 a 向下,所以 F小于 mg,即支持力小于重力,产生失重现象。
完全失重现象产生的条件是物体的加速度等于重力加速度且方向竖直向下。
在太空中的航天器中,宇航员就处于完全失重状态。
因为航天器绕地球做圆周运动,其向心加速度等于重力加速度,此时宇航员对航天器的压力为零。
三、超重与失重的本质超重和失重现象的本质是物体所受的合力发生了变化,从而导致物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力发生了改变。
重力本身并没有变化,只是由于加速度的存在,使得物体的视重(即物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力)发生了改变。
拱形桥和航天器问题 考点规律分析
(1)汽车过凸形桥 汽车在最高点满足关系:mg-FN=mv2R,即FN=mg-mv2R,由牛顿第三定律可知,汽车对桥面压力为FN′=mg-mv2R。由此可知汽车对桥面的压力小于车的重力,汽车处于失重状态,并且汽车的速度越大,汽车对桥面的压力越小。当汽车对桥面的压力为零时,处于完全失重状态,即mg=mv2mR,得vm=gR,如果
汽车的速度超过此速度,汽车将离开桥面做平抛运动,发生危险。 (2)汽车过凹形桥
汽车在最低点满足关系:FN-mg=mv2R,即FN=mg+mv2R,由牛顿第三定律
可知,汽车对桥面压力FN′=mg+mv2R。由此可知汽车对桥面的压力大于车的重力,汽车处于超重状态,并且汽车的速度越大,汽车对桥面的压力越大,故凹形桥易被压垮,因而现实生活中凸形桥多于凹形桥。 (3)绕地球做圆周运动的卫星、飞船、空间站处于完全失重状态 航天器绕地球做匀速圆周运动,其重力提供绕地球运动的向心力,而其重力加速度也就成为向心加速度,这个加速度也是向下的,故处于完全失重状态。 以在近地轨道运行的航天器为例,其轨道半径近似等于地球半径R:
①质量为M的航天器:航天器的重力提供向心力,满足关系:Mg=Mv2R,则v=gR。 ②质量为m的航天员:航天员的重力和座舱对航天员的支持力提供向心力,
满足关系:mg-FN=mv2R。当v=gR时,FN=0,即航天员处于完全失重状态。
③航天器内的任何物体都处于完全失重状态。 典型例题 如图所示,质量m=2.0×104kg的汽车以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形
桥面,两桥面的圆弧半径均为20m。如果桥面承受的压力不得超过3.0×105 N,
则:
(1)汽车允许的最大速度是多少? (2)若以所求速度行驶,汽车对桥面的最小压力是多少?(g取10 m/s2) [规范解答] (1)汽车在凹形桥面底部时,对桥压力最大。 由牛顿第三定律得,此时桥对车的支持力FN=3.0×105 N,
初中物理太空中完全失重现象示例文章篇一:嘿,你知道吗?初中物理课上讲的那个太空中的完全失重现象,听起来就像是科幻大片里的情节,但实际上它就在我们触手可及的宇宙里发生。
想象一下,你飘在太空中,四周一片寂静,没有任何声音,连重力都消失了。
那种感觉,就像是摆脱了地心引力的束缚,彻底自由了。
在地球上,我们习惯了重力把我们拉向地面,但到了太空,一切都变了。
想象一下,你在太空舱里,随便一推,就能飘到舱顶,然后再一推,又飘回到舱底。
那种感觉,简直太神奇了!这就是完全失重现象。
在太空中,物体不再受到地球引力的束缚,它们可以自由漂浮,就像是在水里一样。
为什么会这样呢?其实,这是因为太空中没有空气阻力,也没有其他物体的引力干扰。
地球上的重力是由于地球对物体的引力产生的,但在太空中,由于距离地球很远,地球对物体的引力变得非常微弱,几乎可以忽略不计。
所以,物体在太空中就处于了完全失重状态。
这种完全失重现象不仅让人感到神奇,还给我们带来了很多好处。
比如,在太空中进行科学实验,可以消除重力对实验结果的干扰,得到更准确的实验结果。
还有,宇航员在太空中进行训练时,也可以利用完全失重现象来锻炼自己的身体,提高自己的适应能力。
不过,完全失重现象也给我们带来了一些挑战。
比如,宇航员在太空中会面临肌肉和骨骼退化的风险,因为没有了重力的刺激,他们的身体会逐渐变得虚弱。
所以,宇航员需要进行严格的体能训练,以保持身体健康。
总之,完全失重现象是太空中一种非常有趣的现象。
它不仅让我们感受到了宇宙的神奇和魅力,还为我们提供了很多宝贵的科研资源。
希望有一天,我们也能亲自去太空中体验一下这种神奇的感觉!示例文章篇二:哎,你知道吗?初中物理里有个特别酷的现象,叫做“完全失重”。
这听起来就像科幻电影里的场景对吧?但其实,它就在我们的宇宙中真实发生着。
想象一下,你在太空中飘啊飘,好像摆脱了地球的重力,那种感觉简直太奇妙了!首先,咱们得明白啥是“失重”。
简单来说,就是当你感觉自己的体重好像变轻了,或者好像完全没了重量,那就是失重。