第四章運動和力的關系

4.6超重和失重新課導入

站在體重計上向下蹲，你會發現，在下蹲的過程中，體重計的示數先變小，后變大，再變小。當人靜止后，保持某一數值不變。這是為什么呢？重力的測量在地球表面附近，物體由于地球的吸引而受到重力。測量重力常用兩種方法：一種方法是，（1）先測量物體做自由落體運動的加速度g；（2）再用天平測量物體的質量，利用牛頓第二定律可得G＝mg另一種方法是，利用力的平衡條件對重力進行測量。將待測物體懸掛或放置在測力計上，使它處于靜止狀態。這時物體所受的重力和測力計對物體的拉力或支持力的大小相等，測力計的示數反映了物體所受的重力大小。這是測量重力最常用的方法。用彈簧秤測物體的重力時應使物體處于什么狀態？物體處于平衡狀態彈簧秤的示數是哪個力的？物體拉彈簧的力的示數根據平衡條件和牛頓第三定律知道：彈簧秤的示數等于物體重力的大小超重和失重

體重計的示數稱為視重，反映了人對體重計的壓力。根據牛頓第三定律，人對體重計的壓力與體重計對人的支持力FN

大小相等，方向相反。如圖所示，選取人為研究對象。人體受到重力mg

和體重計對人的支持力FN，這兩個力的共同作用使人在下蹲的過程中，先后經歷加速、減速和靜止三個階段。設豎直向下方向為坐標軸正方向。人加速向下運動的過程中，根據牛頓第二定律，即體重計的示數所反映的視重（力）小于人所受的重力。mg

－FN

＝maFN

＝m（g－a）＜mg物體對支持物的壓力（或對懸掛物的拉力）小于物體所受重力的現象，叫作失重現象。同理，人減速向下運動的過程中，加速度方向與運動方向相反，有體重計的示數（視重）大于人受到的重力。mg－FN＝－maFN

＝m（g＋a）＞mg物體對支持物的壓力（或對懸掛物的拉力）大于物體所受重力的現象，叫作超重現象。知識要點1.超重：物體對支持物的壓力或對懸掛物的拉力（視重）大于物體所受重力的現象。2.失重：物體對支持物的壓力或對懸掛物的拉力（視重）

小于物體所受重力的現象。3.完全失重：當升降機以加速度a

=g豎直加速下降時，物體對支持物的壓力或對懸掛物的拉力（視重）為零的現象。

4.視重：物體對支持物的壓力或對懸掛物的拉力

（1）視重大于重力超重

（2）視重小于重力失重

（3）視重等于重力靜止或勻速狀態

（4）視重等于零完全失重甲mvaN<G失重GN向上減速運動乙mvaN>G超重GN向上加速運動丙mavN<G失重GN向下加速運動丁mvaN>G超重GN向下減速運動物體失重和超重的情況：總結a方向向上

——超重加速上升減速下降a方向向下——失重加速下降

減速上升思考與討論人站在力傳感器上完成下蹲動作。觀察計算機采集的圖線。如圖呈現的是某人下蹲過程中力傳感器的示數隨時間變化的情況。很明顯，圖線直觀地描繪了人在下蹲過程中力傳感器的示數先變小，后變大，再變小，最后保持某一數值不變的全過程。下蹲過程如圖，圖線顯示的是某人站在力傳感器上，先“下蹲”后“站起”過程中力傳感器的示數隨時間的變化情況。請你分析力傳感器上的人“站起”過程中超重和失重的情況。下蹲、站起兩個過程例題設某人的質量為60kg，站在電梯內的水平地板上，當電梯以0.25m/s2

的加速度勻加速上升時，求人對電梯的壓力。g取9.8m/s2。分析

人站在電梯內的水平地板上，隨電梯上升過程中受到兩個力的作用：重力mg和地板的支持力FN，受力分析如圖所示。解：設豎直向上方向為坐標軸正方向。根據牛頓第二定律，有FN

－mg＝maFN

＝m（g＋a）＝60×（9.8＋0.25）N＝603N根據牛頓第三定律，人對電梯地板的壓力FN′為FN′

＝－FN

＝－603N人對電梯的壓力大小為603N，方向豎直向下。這個結果說明，當人與電梯共同向上加速或向下減速運動時，FN’＞G，人對電梯的壓力將大于人所受的重力，出現超重現象。同理，如果電梯加速下降（或減速上升），FN’＜G，人對電梯的壓力將小于人的重力，出現失重現象。如果人在加速下降的過程中加速度a＝g，那么，體重計的示數為0。這時物體對支持物（或懸掛物）完全沒有作用力，這種現象被叫作完全失重狀態。實際中有許多領域涉及超重和失重現象。例如，火箭發射時向上的加速度很大，火箭底部所承受的壓力要比靜止時大得多。如果是載人航天，在火箭發射階段，航天員要承受數倍于自身體重的壓力。只有很好地研究材料、機械結構、人體自身所能承受的壓力問題，才能使火箭成功發射、航天員順利飛向太空。航天器在太空軌道上繞地球或其他