Stan przeciążenia. Stany nieważkości i niedociążenia.

Stan przeciążenia. Stany nieważkości i niedociążenia.

Stan przeciążenia. Stany nieważkości i niedociążenia.
Jeśli winda jest nieruchoma lub porusza się
ruchem jednostajnym, to ciężar chłopca jest
równy co do wartości sile reakcji na nacisk
na podłogę.
Spełniona jest pierwsza
zasada dynamiki Newtona.
Jeśli winda porusza się z przyspieszeniem a
w górę, to siłomierz wskazuje większą
wartość siły nacisku.
Ciężar chłopca się nie zmienił, więc dlaczego
zwiększył się nacisk?
Aby w układzie nieinercjalnym spełnione
były zasady dynamiki Newtona należy
wprowadzić pojęcie siły bezwładności.
Wtedy
Analogiczna sytuacja, jak w windzie jadącej
z przyspieszeniem skierowanym pionowo
w górę, występuje wewnątrz startującej rakiety.
Różnica polega na tym, że przyspieszenia występujące
w rakiecie mają wielokrotnie większą wartość od
przyspieszenia windy.
Wszystkie ciała wewnątrz rakiety mają przyspieszenie
takie jak rakieta.
Rozpatrując przypadek astronauty w inercjalnym
układzie odniesienia
(np. związanym z Ziemią):
na astronautę działa wypadkowa jego siły ciężkości i
siły nacisku wywieranej na niego przez fotel.
Im większe
przyspieszenie rakiety,
tym większa jest siła,
z jaką fotel działa na
astonautę.
W tej sytuacji astronauta działa na fotel siłą większą niż
siła grawitacji. Stan taki nazywany jest przeciążeniem. Jest
to stan szkodliwy dla ludzkiego organizmu. Najbardziej
niebezpieczne są sytuacje, w których przyspieszenie ma
kierunek „wzdłuż ciała” człowieka i narasta gwałtownie.
Przykładowe przeciążenia
W układzie inercjalnym
• katapultowanie z samolotu - do. 40g
(związanym np. z budynkiem)
wskazanie siłomierza również jest większe. • akrobacje lotnicze
- do 10g
• sportowy motocykl
(od 0-100km/h w ciągu sekundy) – ok. 3g
Różnica wartości sił daje wypadkową
skierowaną pionowo w górę.
Wypadkowa sił nadaje przyspieszenie a
chłopcu o masie m.
Spełniona jest druga
zasada dynamiki Newtona.
Wartość siły bezwładności działającej w układzie
nieinercjanym równa jest iloczynowi masy ciała i
przyspieszenia układu.
Siła bezwładności jest zwrócona przeciwnie do
przyspieszenia układu.
Siła bezwładności jest siłą pozorną ponieważ nie jest
wywierana przez inne ciało.
Siła bezwładności jest efektem przyspieszania układu
odniesienia.
Jaki nacisk na fotel wywierał będzie astronauta,
jeśli wyłączy silniki rakiety?
Jedyną siłą działającą na rakietę i astronautę
będzie wówczas siła grawitacji. Powodować
będzie ona ruch z przyspieszeniem
grawitacyjnym zarówno rakiety, jak i astronauty.
Fotel nie wywiera żadnego nacisku na ciało
astronauty. Sytuację taką nazywa się stanem
nieważkości. Występuje on wyłącznie w
układach nieinercjalnych.
Sytuacja taka będzie mieć miejsce wewnątrz
windy, w której zerwała się lina nośna.
Pośrednim – pomiędzy przeciążeniem, a stanem
nieważkości - jest stan niedociążenia. Występuje on w
układach poruszających się ruchem opóźnionym – nacisk
wywierany przez np. astronautę na fotel jest wówczas
mniejszy od siły grawitacji.
http://www.nas.nasa.gov/About/Education/SpaceSettlement/teacher/material
s/ringworld/ringworld.html