Найдите вес груза массой m = 5 кг, подвешенного на нити к потолку скоростного лифта, если: а) лифт равномерно поднимается; б) лифт равномерно опускается; в) поднимающийся вверх со скоростью v - 2 м/с лифт начал торможение с ускорением а =2 м/с2; г) опускающийся вниз со скоростью v = 2 м/с лифт начал торможение с ускорением a = 2 м/с2; д) лифт начал движение вверх с ускорением а = 2 м/с2; е) лифт начал движение вниз с ускорением a=2 м/с2.
а) Если лифт равномерно поднимается, то на любом теле внутри него действует только сила тяжести (равная произведению массы тела на ускорение свободного падения g ≈ 9,8 м/с²).
Используя второй закон Ньютона F = m * a, где F - сила, m - масса, а - ускорение, получим:
F = m * g.
В данной ситуации ускорение равно g, так как лифт движется без изменения скорости, поэтому:
F = m * g = 5 кг * 9,8 м/с² = 49 Н (Ньютон).
б) Если лифт равномерно опускается, то на тело также действует только сила тяжести, но направленная вверх (противоположная направлению движения лифта).
Следовательно, значение силы тяжести остается таким же:
F = m * g = 5 кг * 9,8 м/с² = 49 Н (Ньютон).
в) Когда поднимающийся вверх лифт начинает торможение с ускорением а = 2 м/с², сила, действующая на груз, будет равна сумме силы тяжести и силы инерции. Сила инерции вычисляется по формуле F = m * a.
Так как сила инерции направлена вниз, а сила тяжести направлена вверх, их значения нужно вычесть:
F = m * g - m * a,
F = 5 кг * 9,8 м/с² - 5 кг * 2 м/с² = 49 Н - 10 Н = 39 Н (Ньютон).
г) Когда опускающийся вниз лифт начинает торможение с ускорением а = 2 м/с², сила инерции будет направлена вверх, а сила тяжести - вниз. Их значения также нужно вычесть:
F = m * g + m * a,
F = 5 кг * 9,8 м/с² + 5 кг * 2 м/с² = 49 Н + 10 Н = 59 Н (Ньютон).
д) Когда лифт начинает движение вверх с ускорением а = 2 м/с², на груз действуют четыре силы: сила тяжести, сила инерции, сила натяжения нити и сила веса груза.
Сила натяжения нити направлена вверх и равна сумме силы тяжести и силы инерции:
Fн = m * g + m * a.
Силы веса груза и натяжения нити равны и направлены вниз, поэтому их сумма равна силе тяжести:
F = m * g.
Следовательно, сила натяжения нити равна силе тяжести:
Fн = F = m * g = 5 кг * 9,8 м/с² = 49 Н (Ньютон).
е) Когда лифт начинает движение вниз с ускорением а = 2 м/с², на груз также действуют четыре силы, но все они направлены вниз. Сумма силы веса груза и силы натяжения нити равна:
F = m * g + m * a,
F = 5 кг * 9,8 м/с² + 5 кг * 2 м/с² = 49 Н + 10 Н = 59 Н (Ньютон).
Таким образом, с учетом всех условий, вес груза находится в следующих пределах:
а) 49 Н (Ньютон);
б) 49 Н (Ньютон);
в) 39 Н (Ньютон);
г) 59 Н (Ньютон);
д) 49 Н (Ньютон);
е) 59 Н (Ньютон).
Надеюсь, данное объяснение было полным и понятным! Если у вас возникнут еще вопросы, не стесняйтесь задавать их!