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2.8 物体在下落时的重量

你是否有过这种体验,比如在坐电梯时,一旦电梯开始下落就会莫名地感到恐惧;你会有一种跌入无底深渊的飘飘然的无措感,这是为什么?这就是失去重量的感觉:电梯下降的一瞬间,你脚下的电梯板向下降落了,而你的身体还没来得及产生同样的降落速度,几乎没有对地板施加压力,此时你的体重也就十分微小。这个瞬间过去后,恐惧感也随之消失了,你的身体下落的速度比匀速下降的电梯更快,因此重新对电梯地板施压,体重也就恢复了正常。

来做一个实验。用弹簧秤勾起一只砝码,然后让两者同时落下去,此时注意秤上的数值(为了方便,可以在弹簧秤的缝里放入一小块软木,观察软木位置的移动变化)。你会发现,在两者同时落下期间,秤上指示的数值只是砝码的一小部分重量!如果让弹簧秤和砝码从很高的地方自由下落,而你也可以观察到秤上的数值变化,那么你就会发现,弹簧秤的数值竟然是0!也就是说,砝码在自由下落时毫无重量。

即便是非常重的物体,在下落期间的重量也可能变为零。我们不难解释这一点。先来看看“重量”的定义吧。重量,即物体对相对于地球静止的悬点或台上的力。但是,物体在自由下落时并不对弹簧秤施加任何力,因为此时弹簧秤也在下落。物体在自由下落时,并没对其他物体施加任何压力或拉力,所以,倘若有人问物体在下落期间的重量是多少,也就无异于问物体在没有重量的时候有多少重量。

力学基础的奠定人伽利略在十七世纪时就写道:

我们的肩膀在负荷重物时,会感到肩头传来的重量,但是,如果我们与肩上的重物以同样的速度一起下落,那这个重物又将如何施压于我们呢?这就好像是要你用手里的长矛 去刺伤一个人,而这个人却以同样的速度与你一起朝前奔跑,在这种情况下,你又如何能刺伤他?

图23 物体在下落时没有重量的实验。

现在,我们用一个简单的实验来证实这一观点的正确性。

将一只夹胡桃用的铁钳放在天平的一端,这个钳子的一只“脚”用细线挂在挂钩上,另一只脚则平放在盘子上(图23)。天平的另一端放上一定数量的砝码,使天平可以保持平衡。现在,用火柴烧断细线,那只挂起来的脚会立刻落下去。

试想一下,天平会在这一瞬间发生什么变化?在这只脚下落的过程中,放着钳子的这端是会下沉呢,还是上升?或者是原地不动?

这个问题很明显,你既然知道了自由下落的物体是没有重量的,那你就应该知道正确答案:在这个过程中,这一端一定会上升。

的确,拴在细线上的那只脚在下落时,虽然并没与下面那只脚分开,但它对下面的脚所施加的力,要小于固定不动的压力。钳子在这一瞬间的重量会减轻,所以在这期间,天平的这端会升起(罗森堡实验)。 gh8SjkuVr7M6MnOgZcDJxQwY7gTWemcDclE5QkQ/wkD58jwgEwrK+VsITbEmZXwi

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