物体在下落时有多重

时间:2023-11-17 04:39:02

坐过电梯的人都有过这样的体验,就是电梯在下落的时候,我们会突然有一种恐惧感,好像自己马上就要坠入万丈深渊,身体也变得轻了许多。

实际上,这就是失重的感觉。电梯在开动的一瞬间,电梯的地板会突然下落,而作为乘坐电梯的你,根本没有办法马上产生与电梯同样的速度,这就使得你的重量压不到电梯地板上,所以体重就会变小很多。但是,下一个瞬间,由于你是自由落体运动,电梯是匀速下落的,所以你的体重很快就会压到地板上,对地板的压力变得正常,你的体重也“失而复得”,刚才的恐惧感也跟着消失了。

我们再来做一个实验,找一只弹簧秤,在其下端悬挂一个砝码,然后拿着弹簧秤和砝码迅速向下移动,这时,请注意看弹簧秤上的读数(为便于观察,可以在弹簧秤的缝隙里塞一小块软木,通过软木的移动来观察数值),你会发现,弹簧秤上指示的数值比砝码的实际重量小得多。如果松开手,让弹簧秤和砝码自由落下,你会惊奇地发现,在它们自由下落的过程中,弹簧秤上的读数变成了0,砝码的重量彻底消失了。

通过前面的分析,我们很容易理解,哪怕是特别重的物体,在自由下落的时候,它的重量也会变得非常小。说了这么多,“重量”到底是什么呢?物体的重量就是它对悬挂点的拉力,或者对支撑点的压力。物体在自由下落的时候,对弹簧秤没有任何拉力,因为弹簧秤跟物体一起下落,物体下面没有东西,也没有压力。所以,自由下落的物体没有重量。问它的重量是毫无意义的。

早在17世纪时,力学理论的奠基者伽利略曾经说过:“我们能感受到肩上物体的重量,那是因为我们让它压到了肩上而不让它落下。如果让这个物体跟我们一起下落,我们就不会感到它的压力了。这就好比我们拿着一只长矛,想要追杀一个人,可是那个人的速度跟我们一样,道理是相同的(前提是长矛始终握在手里,没有抛出去)。”

下面,我们通过一个实验,来验证这一理论的正确性。

如图所示,我们把一把铁钳放在天平的一端,钳子的一只腿放在盘子上,一只腿用线挂到天平上面的钩子上。在天平的另一端放上砝码,使天平保持平衡。然后,我们把线烧断,让钳子的这只腿落下来。

物体在下落时有多重

图 著名的罗森堡实验。

那么,在这只钳腿下落的瞬间,天平的两端会发生什么变化呢?它在下落的一瞬间,放置铁钳的一端会突然下沉、上升,还是保持原样?

通过前文的分析,我想你应该能做出正确的解答。答案就是:放置铁钳的这一端会向上升起。

因为,用线挂着的那一只腿,虽然和另一只腿连着,但在下落的一瞬间,和它静止不动的时候相比,对托盘上的那只腿产生的压力小得多。所以,在这一瞬间,铁钳的重量变小了,托盘也就自然翘起来了,这就是著名的罗森堡实验。