Váhy vo výťahu LEIFIphysik

Váhy vo výťahu

Cieľ experimentu

Ak chcete vedieť, koľko vážite, normálne stojíte na váhe a na displeji vidíte výsledok v kilogramoch. Nasledujúci experiment však ukazuje, že hodnota zobrazená na stupnici nie je vždy totožná s fyzikálnou veličinou „hmotnosť“.

Konštrukcia a realizácia

tlačnej pružiny

  • kuchynská váha
  • akýkoľvek orgán
  • výťah

Umiestnite váhy do výťahu a najskôr stanovte „váhu“ svojho tela, keď je výťah v pokoji. Potom choďte výťahom o niekoľko poschodí vyššie a potom opäť dole. Medzitým sledujte displej na váhe.

pozorovanie

úloha

Popíšte pozorovania, ktoré ste urobili, keď výťah stál, stúpal a klesal.

Vysvetlenie

Aj keď váha zobrazuje výsledok merania v jednotkách kilogramov, nakoniec ide o silomer, ktorý meria silu, s ktorou umiestnené teleso pôsobí na váhu. Ako to robia Váhy?

V rovnováhe je tlačná pružina, ktorá je stlačená vonkajšou silou pôsobiacou na pružinu. Podľa zákona HOOKE sama pružina vyvíja opačne nasmerovanú silu. Pružina je stlačená, kým nie sú vonkajšia sila a sila pružiny v rovnováhe.

Vzdialenosť, o ktorú je pružina stlačená v rovnováhe, sa meria v rovnováhe a vynásobí známou pružinovou konštantou \ (D \). Výsledkom je veľkosť vonkajšej sily pôsobiacej na váhy. Toto množstvo sa potom vydelí gravitačným zrýchlením \ (g \) a výsledok sa zobrazí ako hmotnosť.

V pokojovom stave to funguje dobre, pretože pružina v rovnováhe musí skutočne vyvážiť iba váhu tela. Aj keď sa výťah pohybuje konštantnou rýchlosťou, nepôsobia žiadne ďalšie sily a váha ukazuje správnu hodnotu.

Ako príklad si teraz predstavme začiatok stúpania výťahu, počas ktorého sa telo zrýchľuje nahor. Teraz musí byť tlaková pružina vyváženia dodatočne na váhach okrem váhy tela pôsobte aj silou, ktorá telo zrýchľuje smerom hore (2. axióm NEWTON - \ (F = m \ cdot a \)). Táto celková sila je väčšia ako samotná hmotnosť. Váhy však merajú celkovú silu tlačnej pružiny a poukazujú na nesprávnu, príliš veľkú „váhu“.

Pri brzdení chodu smerom hore je to presne naopak: telo je brzdené silou smerom nadol. Táto sila vzniká zo sily tlačnej pružiny menšie ako váhová sila a celková sila oboch síl smeruje nadol. Aj tu stupnica meria celkovú silu tlačnej pružiny a opäť ukazuje nesprávnu, teraz príliš malú „váhu“.

Úloha porozumenia

Ak by ste experiment vykonali so staromódnym vyvážením lúčov, počas celej cesty by ste si na displeji nevšimli žiadny rozdiel.