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物体下落时有多重?

你有没有注意到,我们在乘坐电梯时,电梯刚下降那会,我们会感觉到身体似乎变轻了,就像跌入无底深渊一样?这就是失重的感觉。在电梯刚下降的一瞬间,脚下的地板开始降落,而作为乘客的我们,还来不及获得与地板同样的速度,这就使得我们无法对地板施加压力,因此会感觉到体重减轻了很多。但一瞬间后,进行自由落体的我们就会追上匀速运动的电梯,我们身体会重新给地面施加压力,从而恢复到正常的体重。

这里有一个有趣的实验。我们将一个砝码绑在弹簧秤的钩子上,然后把弹簧秤快速放下,注意观察弹簧秤的示数(为方便观察,可以将一小块软木塞插进弹簧秤的缝隙里,观察它是如何移动的)。你会看到弹簧秤上指示的数值比砝码的实际质量要小得多。如果把手松开,让弹簧秤和砝码自由落下,你会惊奇地发现,在它们下落的过程中,弹簧秤上的示数变成了0,砝码的质量将彻底消失。

即使是最重的物体,在做自由落体运动的时候,它的质量也会变为0。道理很简单:“质量”是一种力,是物体对悬挂点的拉力,或者是对支撑点的压力。而在物体自由下落的时候,它对弹簧秤是没有一点拉力的,因为物体与弹簧秤在一起下落,此时,物体也没有压着任何东西。所以自由下落的物体称不出质量,问物体那时的质量是没有意义的。

早在17世纪,力学理论的奠基者伽利略就曾说过:“我们能够感受到肩上物体的质量,是因为我们在努力不让物体从肩上掉下来,但如果我们与这个物体一起下落,它就没办法压到我们,我们就感觉不到它的质量了。这就好比我们拿着一根长矛追杀一个人,如果那个人也在以同样的速度向前奔跑,我们是刺不到他的(前提是长矛没有扔出去)。”

图24 坠落时的物体是失重的

下面做个简单的实验来验证一下这个观点。如图24所示,把一个核桃夹子放到天平的一端,夹子的一端平放在托盘中,另一端用细线悬挂在天平的挂钩上。天平的另一端放置砝码,使两边刚好平衡,然后点燃火柴将细线用火柴烧断,挂在挂钩上的半支夹子就会掉在托盘上。这时候天平会发生什么变化呢?在核桃夹子下落过程中,天平是继续保持平衡,还是向哪边倾斜呢?我想现在的你应该是能给出正确答案的,因为你已经知道了在自由下落中的物体是没有质量的,所以在那一瞬间,放夹子的那一边一定会升起来。其实道理很简单,用线挂起的那只夹子,虽然和另一端是连着的,但绳断的一瞬间,与之静止不动时相比,对托盘上的那一半夹子产生的压力还是要小很多的,所以在那一瞬间夹子的质量也会减小,自然那一侧的托盘就会向上升起了。这就是著名的罗森堡实验。 gbtsUNeYs/8l6KlUy5RkT2TNrhqshczMJ24DfOznZ9ck2x+VSOVhBAKJE2RF42rb

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