Пример применения законов Ньютона к прямолинейному движению лифта.

4 примера вопросов по применению законов Ньютона к прямолинейному движению лифта.

1. В лифте находится человек массой 50 кг. Ускорение свободного падения = 10 м/с².²Определите величину нормальной силы, действующей со стороны пола лифта на человека, если:
(а) бесшумный лифт
(б) лифт движется вниз с постоянной скоростью
(c) лифт движется вверх с ускорением 5 м/с².²
(d) лифт движется вниз с ускорением 5 м/с².²
(e) лифт свободного падения
Обсуждение
Известен :
Масса человека (м) = 50 кг
Ускорение свободного падения (g) = 10 м/с²²
Вес человека (w) = мг = (50)(10) = 500 Ньютонов
Джаваб :
(а) бесшумный лифт
Лифт находится в состоянии покоя, ускорение отсутствует (a = 0). 
Сила, направленная вверх, положительна, сила, направленная вниз, отрицательна.
(б) лифт движется вниз с постоянной скоростью
Лифт движется с постоянной скоростью, ускорение отсутствует (a = 0).
Сила, направленная вверх, положительна, сила, направленная вниз, отрицательна.
(c) лифт движется вверх с ускорением 5 м/с².²
Лифт движется вверх с ускорением (а) 5 м/с².²
Сила, действующая в том же направлении, что и движение лифта, положительна, а сила, действующая в противоположном направлении, отрицательна.
Н – в = ма
N = w + ma
N = 500 + (50)(5)
N = 500 + 250
Н = 750 Ньютонов
Величина нормальной силы (Н) равна весу (w), поэтому, когда лифт движется вверх, тело человека ощущается тяжелее. Другими словами, когда лифт движется вверх, кажущийся вес человека увеличивается. Если человек стоит на весах, то при движении лифта вверх весы покажут, что его масса больше.
(d) лифт движется вниз с ускорением 5 м/с².²
Лифт движется вниз с ускорением (а) 5 м/с².²
Сила, действующая в том же направлении, что и движение лифта, положительна, а сила, действующая в противоположном направлении, отрицательна.
w – N = ma
N = w – ma
N = 500 – (50)(5)
N = 500 – 250
Н = 250 Ньютонов
По мере того, как лифт опускается, тело человека ощущается легче. Другими словами, по мере того, как лифт опускается, кажущийся вес человека увеличивается. Если бы человек стоял на весах, то по мере того, как лифт опускается, весы показали бы меньшую массу.
(e) лифт свободного падения
Лифт свободного падения означает, что лифт движется вниз, при этом ускорение лифта (a) равно ускорению свободного падения (g). Например, g = 10 м/с².² тогда a = 10 м/с²
Сила, действующая в том же направлении, что и движение лифта, положительна, а сила, действующая в противоположном направлении, отрицательна.
w – N = ma
N = w – ma
N = 500 – (50)(10)
N = 500 – 500
N = 0
Когда лифт находится в свободном падении, кажущийся вес человека равен нулю. Другими словами, человек будет воспринимать себя как невесомого. Если бы человек стоял на весах, то по мере движения лифта вниз весы показали бы его массу, равную нулю. Это состояние похоже на нахождение в пространстве без гравитации.

2. Определите величину силы натяжения на тросе опоры лифта массой 2000 кг, если:
(а) бесшумный лифт
(б) лифт движется вниз с ускорением 5 м/с².²
(c) лифт движется вверх с ускорением 5 м/с².²
(d) лифт свободного падения
Предположим, что ускорение свободного падения (g) равно 10 м/с².²
Обсуждение
Известен :
Поднимаемая масса (м) = 2000 кг
Ускорение свободного падения (g) = 10 м/с²²
Поднимаемый вес (w) = mg = (2000)(10) = 20 000 Ньютонов
Джаваб :
(а) бесшумный лифт
Лифт находится в состоянии покоя, ускорение отсутствует (a = 0). 
Сила, направленная вверх, положительна, сила, направленная вниз, отрицательна.
Когда лифт неподвижен, сила натяжения троса (T) равна весу лифта (w) = 20 000 Ньютонов.
(б) лифт движется вниз с ускорением 5 м/с².²
Лифт движется вниз с ускорением (а) 5 м/с².²
Сила, действующая в том же направлении, что и движение лифта, положительна, а сила, действующая в противоположном направлении, отрицательна.
w – T = ma
Т = w – ма
T = 20 000 – (2000)(5)
Т = 20.000 – 10.000
T = 10.000 Ньютонов
Когда лифт движется вниз, сила натяжения троса (Т) становится меньше, чем когда лифт неподвижен.
(c) лифт движется вверх с ускорением 5 м/с².²
Лифт движется вверх с ускорением (а) 5 м/с².²
Сила, действующая в том же направлении, что и движение лифта, положительна, а сила, действующая в противоположном направлении, отрицательна.
Т – в = ма
T = w + ma
T = 20 000 + (2000)(5)
Т = 20.000 + 10.000
T = 30.000 Ньютонов
Когда лифт движется вверх, сила натяжения троса (Т) становится больше, чем когда лифт неподвижен.

(d) лифт свободного падения
Лифт свободного падения означает, что лифт движется вниз, при этом ускорение лифта (a) равно ускорению свободного падения (g). Например, g = 10 м/с².² тогда a = 10 м/с²
Сила, действующая в том же направлении, что и движение лифта, положительна, а сила, действующая в противоположном направлении, отрицательна.
w – T = ma
Т = w – ма
T = 20 000 – (2000)(10)
Т = 20.000 – 20.000
T = 0
Когда лифт находится в свободном падении, натяжение троса (Т) становится равным нулю. Поскольку натяжение троса равно весу лифта, когда натяжение троса равно нулю, вес лифта также кажется равным нулю. Эта ситуация аналогична ситуации, когда объект находится в гравитационном вакууме или в пространстве, где отсутствует гравитационная сила.

[Английский : Применение закона движения Ньютона в лифте.]

3. Человек массой 60 кг находится в лифте, который движется вниз с ускорением 3 м/с².^-2Если ускорение свободного падения на Земле составляет 10 м/с², то...^-2Тогда величина нормальной силы, действующей со стороны пола лифта на человека, составляет…

A. 180 N
Б. 200 Н
С. 340 Н
D. 420 N
В. 600 С

Обсуждение
Известно, что:
Масса (м) = 60 кг
Ускорение человека и лифта (а) = 3 м/с²²
Ускорение свободного падения (g) = 10 м/с²²

Гравитация (w) = mg = (60)(10) = 600 Ньютонов
Вопрос: нормальная сила (Н)
Джаваб:

На человека в лифте действуют две силы: сила тяжести (w) и нормальная сила, создаваемая полом лифта (N). Существуют три векторные величины: сила тяжести, нормальная сила и ускорение лифта, при этом сила тяжести направлена ​​вниз, нормальная сила — вверх, а ускорение лифта — вниз. Вектор, направленный вниз, имеет положительный знак, а вектор, направленный вверх, — отрицательный.

∑F = ma
w – N = (60)(3)
600 – N = 180
N = 600 – 180
Н = 420 Ньютонов
Правильный ответ — D.

4. Реза массой 40 кг находится в лифте, движущемся вверх. Если сила, действующая на ноги Резы со стороны пола лифта, составляет 520 Н, а ускорение свободного падения — 10 м/с², то^-2Тогда ускорение лифта составит…

А. 1,0 мс^-2
Б. 1,5 мс^-2
С. 2,0 мс^-2
Д. 2,5 мс^-2
Е. 3,0 мс^-2

Обсуждение
Известно, что:
Масса (м) = 40 кг
Нормальная сила (Н) = 520 Н
Ускорение свободного падения (g) = 10 м/с²²

Сила тяжести (w) = mg = (40)(10) = 400 Н
Вопрос: Ускорение лифта
Джаваб:
∑F = ma
400 – 520 = (40)(a)
-120 = (40)(a)
а = -120/40
а = -3 м/с²
Ускорение лифта составляет 3 м/с².²Отрицательный знак означает, что лифт движется вверх.
Правильный ответ — Е.

Источник вопроса:

Вопросы по физике для национального экзамена в старших классах средней школы/профессионального училища.