Физика в школе

Говоря о весе тела в ускоренно движущемся лифте, мы рассматриваем три случая (кроме случая покоя или равномерного движения):

1. Лифт движется с ускорением, направленным вверх (перегрузки, вес тела больше силы тяжести, P=mg+ma); 
2. Лифт движется с ускорением, направленным вниз (вес уменьшается, вес тела меньше силы тяжести, P=mg-ma); 
3. Лифт падает (невесомость, вес тела равен нулю, P=0).

Эти три случая не исчерпывают качественно всех ситуаций. Имеет смысл рассмотреть и 4-ый случай, чтобы анализ был завершённым. (Действительно, во втором случае мы подразумеваем, что a < g. Третий случай есть частный для второго при a = g. Случай a > g остался нерассмотренным.) Для этого можно задать ученикам вопрос, который сначала вызывет у них удивление: “Как должен двигаться лифт, чтобы человек мог ходить по потолку?”  Ученики быстро “догадываются”, что лифт должен двигаться вниз с ускорением большим g. Действительно: при увеличении ускорения движения лифта вниз, в соответствие с формулой P=mg-ma, вес тела будет уменьшаться. Когда ускорение a станет равным g, вес станет равным нулю. Если и дальше увеличивать ускорение, то можно предположить, что вес тела изменит направление.

Остаётся только нарисовать соответствующий рисунок, где человек стоит на потолке, а подвес прикреплён к полу:

После этого можно изобразить на рисунке вектор веса тела: P  

Таким образом, художник мог бы дорисовать картинку, находящуюся в заголовке статьи, изобразив четвёртый случай:

Можно дать эту задачу и в обратной формулировке: “Каков будет вес тела в лифте, движущемся вниз с ускорением a > g ?”  Эта задача немного труднее, т.к. ученикам нужно преодолеть инерцию мышления и поменять местами “верх” и “низ”.

Может существовать возражение, что 4-ый случай не рассматривается в учебниках потому, что он не встречается на практике. Но и падение лифта встречается тоже только в задачах, но, тем не менее, его рассматривают, т.к. это удобно и полезно.

Движение с ускорением, направленным вниз или вверх, наблюдается не только в лифте или ракете, но и при движении самолёта, совершающего фигуры высшего пилотажа, а также при движении тела по выпуклому или вогнутому мосту. Рассмотренному нами 4-му случаю соответствует движение по “мёртвой петле”. В верхней её точке ускорение (центростремительное) направлено вниз, сила реакции опоры - вниз, вес тела - вверх.