Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 11285
2019-11-13 
Представьте, что вам необходимо определить массу какого-то тела. На Земле сделать это нетрудно - к услугам экспериментатора рычажные или пружинные весы. Но как определить массу тела, находясь на спутнике?
Ведь в условиях невесомости ни тот, ни другой тип весов работать не может. Неужели задача невыполнима? Оказывается, массу тела, во всяком случае приближенно, можно определить с помощью весов и в условиях невесомости.
Попробуйте ответить, какие весы (пружинные или рычажные) следует взять с собой и как ими нужно воспользоваться?
Решение:
Задание можно выполнить как с помощью рычажных, так и пружинных весов. Рассмотрим вначале первый вариант решения.
Если положить на одну чашку весов исследуемое тело массой $M_{1}$, а на вторую - гирю с массой $M_{2}$, весы останутся в состоянии безразличного равновесия. Однако равновесие нарушится, когда мы приведем весы в движение с ускорением $a$, так как, чтобы сообщить разным по массе телам одинаковые ускорения, нужны различные силы
$F_{1} = M_{1}a$ и $F_{2} = M_{2}a$.
Нетрудно добиться, во всяком случае приблизительно, чтобы стрелка весов не отклонялась от первоначального положения и при ускоренном движении - для этого массы тела и гирь должны быть одинаковыми.
Можно воспользоваться и пружинными весами - динамометром. Подвесим к ним исследуемое тело и приведем систему в движение с некоторым постоянным ускорением $a_{0}$. Указатель динамометра зафиксирует силу $F_{1} = M_{1}a_{0}$. Затем подвесим вместо исследуемого тела гирю с известной массой $M_{2}$ и вновь сообщим то же самое ускорение $a_{0}$. Весы покажут некоторую другую силу $F_{2} = M_{2}a_{0}$. Поделив два последних равенства почленно друг на друга, получим:
$\frac{F_{1}}{F_{2} } = \frac{M_{1} }{M_{2} }$.
Откуда
$M_{1} = \frac{F_{1} }{F_{2} }M_{2}$.
Необходимого в случае пружинных весов постоянства ускорения проще всего, по-видимому, достичь, вращая динамометр с подвешенным телом с постоянной угловой скоростью.
При решении этой задачи мы воспользовались тем обстоятельством, что в ускоренно движущихся системах как бы появляется искусственная сила тяжести. Эквивалентность гравитационных сил и сил, появляющихся в ускоренно движущихся системах, послужила одной из основ теории тяготения, развитой в общей теории относительности А. Эйнштейна (1879-1955 гг.).
Представьте, что вам необходимо определить массу какого-то тела. На Земле сделать это нетрудно - к услугам экспериментатора рычажные или пружинные весы. Но как определить массу тела, находясь на спутнике?
Ведь в условиях невесомости ни тот, ни другой тип весов работать не может. Неужели задача невыполнима? Оказывается, массу тела, во всяком случае приближенно, можно определить с помощью весов и в условиях невесомости.
Попробуйте ответить, какие весы (пружинные или рычажные) следует взять с собой и как ими нужно воспользоваться?
Решение:
Задание можно выполнить как с помощью рычажных, так и пружинных весов. Рассмотрим вначале первый вариант решения.
Если положить на одну чашку весов исследуемое тело массой $M_{1}$, а на вторую - гирю с массой $M_{2}$, весы останутся в состоянии безразличного равновесия. Однако равновесие нарушится, когда мы приведем весы в движение с ускорением $a$, так как, чтобы сообщить разным по массе телам одинаковые ускорения, нужны различные силы
$F_{1} = M_{1}a$ и $F_{2} = M_{2}a$.
Нетрудно добиться, во всяком случае приблизительно, чтобы стрелка весов не отклонялась от первоначального положения и при ускоренном движении - для этого массы тела и гирь должны быть одинаковыми.
Можно воспользоваться и пружинными весами - динамометром. Подвесим к ним исследуемое тело и приведем систему в движение с некоторым постоянным ускорением $a_{0}$. Указатель динамометра зафиксирует силу $F_{1} = M_{1}a_{0}$. Затем подвесим вместо исследуемого тела гирю с известной массой $M_{2}$ и вновь сообщим то же самое ускорение $a_{0}$. Весы покажут некоторую другую силу $F_{2} = M_{2}a_{0}$. Поделив два последних равенства почленно друг на друга, получим:
$\frac{F_{1}}{F_{2} } = \frac{M_{1} }{M_{2} }$.
Откуда
$M_{1} = \frac{F_{1} }{F_{2} }M_{2}$.
Необходимого в случае пружинных весов постоянства ускорения проще всего, по-видимому, достичь, вращая динамометр с подвешенным телом с постоянной угловой скоростью.
При решении этой задачи мы воспользовались тем обстоятельством, что в ускоренно движущихся системах как бы появляется искусственная сила тяжести. Эквивалентность гравитационных сил и сил, появляющихся в ускоренно движущихся системах, послужила одной из основ теории тяготения, развитой в общей теории относительности А. Эйнштейна (1879-1955 гг.).
