Як збільшується маса при прискоренні

Релятивістське розгляд

Відкрийте підручник з фізики 10 класу на темі про релятивістської динаміці. Даний розділ фізики описує процеси та закономірності, що відбуваються при русі тіл зі швидкостями, близькими до швидкості світла. Справа в тому, що при переміщенні тіл з настільки високими швидкостями деякі з фізичних величин, що вважаються константами в класичній фізиці, стають залежними від величини швидкості.

Однак зауважте, що зміна маси тіла при русі з надвисокими швидкостями пов`язано саме з великим значенням величини швидкості, а не прискорення. Якщо ви подивитеся на вираз для релятивістської маси, то побачите, що вона залежить саме від величини вектора швидкості. Прискорення тіл в релятивістських випадках призводить, швидше, до тимчасових зрушень.

Збільшення ваги за рахунок прискорення

Зверніть увагу, що при прискоренні тіла в деяких фізичних випадках змінюється вага тіла. До таких випадків, наприклад, можна віднести рух людини в ліфті. Коли ліфт починає розгін в напрямку вгору, людина відчуває збільшення власної ваги. У ситуації ж, коли ліфт гальмує, рухаючись вгору, людині здається, що його вага набагато менше. Насправді, відчуття, які відчуває людина в даних випадках, цілком дійсні і легко описуються класичною динамікою.

Намалюйте на аркуші паперу схематично ліфт у вигляді прямокутника і людини всередині нього у вигляді точки. Зобразіть вектори сил, що діють на людину при русі в ліфті. В даному випадку на людину діє сила тяжіння, спрямована вертикально вниз, і сила реакції опори, спрямована вгору. Вагою тіла вважається вектор, який протилежний вектору реакції опори. Система відліку, пов`язана з ліфтом, не є інерціальній, тому сили один одного не компенсують.

Запишіть другий закон Ньютона, прирівнявши добуток маси тіла людини на його прискорення в ліфті до суми векторів сил. З даного співвідношення можна знайти, чому дорівнює сила реакції опори. Вона буде дорівнює добутку маси тіла на різницю векторів прискорення ліфта і прискорення вільного падіння. Тепер можна перейти до вираження для ваги, просто помінявши місцями два види прискорення. Якщо ліфт розганяється, рухаючись вгору, то при проектуванні векторів прискорення на вісь, спрямовану вертикально вниз, ви отримаєте, що два види прискорення підсумовуються, а не віднімаються. Таким чином, виявляється, що при прискореному русі ліфта вгору вага людини збільшується на величину, що дорівнює добутку маси тіла і прискорення ліфта. Це і призводить до відчуття перевантаженості.