рис. 1
Нам осталось еще рассмотреть случай, когда груз вместе с весами совершает свободное падение, т. е. когда весы просто выпускают из рук (рис. 1). Опыт показывает, что во время свободного падения стрелка весов устанавливается на нуле: вес оказывается равным нулю. И это понятно. Ведь когда груз падает под действием притяжения к Земле, пружина весов «сама следует ьа ним» (см. рис. 1). Поэтому она не деформируется. Но если пружина не деформируется, то на прикрепленный к ней груз никакая сила с ее стороны не действует. Груз поэтому тоже не деформирован и тоже не действует на пружину. Груз стал невесомым.
То, что при свободном падении вес тела равен нулю, прямо следует из формулы
$P = m(g - a)$.
При свободном падении тела $a = g$. Следовательно,
$P = m(g - g) = 0$.
При этом условии спора с телом не взаимодействует.
Причина невесомости заключается в том, что сила всемирного тяготения сообщает телу и его опоре одинаковые ускорения. Поэтому всякое тело, которое движется только под действием сил всемирного тяготения, находится в состоянии невесомости.
Именно в таких условиях и находится свободно падающее тело.
рис. 2
Этот удивительный факт иллюстрируется следующим интересным опытом (рис. 2). На штативе укреплен блок, через который переброшена нить. На конце этой нити подвешена чашка с двумя грузами достаточно большой массы. Верхний груз плотно прилегает к нижнему. Другой конец нити прикреплен к штативу. Между грузами помещена полоска тонкой бумаги. Свободный ее конец держат неподвижно в руке. Если груз опускать медленно, то бумага, натягиваясь, разорвется, потому что на зажатый конец полоски действует сила трения покоя. Теперь заменим полоску бумаги новой и повторим опыт таким образом, чтобы груз свободно падал. При падении груза полоска бумаги остается в руках неразорванной. Значит, при падении грузы не давили друг на друга и сила трения покоя была равна нулю. Это и доказывает, что грузы при свободном падении находятся в состоянии невесомости.