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物体在下落时有多重?

您有没有注意到,在电梯开始下降的瞬间,您会体会到一种奇怪的感觉:一种不正常的轻飘飘的感觉,就像一个人跌向深渊时一样……这不是别的,正是一种失重的感觉:在电梯开始下降的那一刻,脚下的地板已经降落,而您的身体还没有来得及获得这样的下降速度,这时身体几乎没有对地板施加压力,因此这一瞬间的体重就会变得非常小。片刻后,这种奇怪的感觉就会消失,因为身体的下落速度要比匀速下降的电梯更快,您就会重新对地板施加压力,从而恢复到原来的重量了。

将一只砝码挂在弹簧秤的钩子上,并把弹簧秤连同砝码一起快速放下去,注意观察弹簧秤的指针向什么方向移动(为了便于观察,可以把一个小木块嵌入弹簧秤的缝隙里,观察小木块的位置变化)。您将会看到,在弹簧秤落下的时候,指针所指示的并不是砝码的全部重量,而是要少很多。当弹簧秤以自由落体方式下落的时候,如果有条件在弹簧秤降落时观察到它的指针,您就会发现,砝码在下落过程中完全没有重量,指针位于弹簧秤的零刻度上。

即使是最重的物体,在它下落的时候也会变得完全没有重量,这一点是很容易搞明白的。“重量”就是物体对它的悬挂点所施加的下拉力,或者对它的支撑点所施加的压力。然而自由下落的物体对弹簧秤没有施加任何拉力,因为弹簧秤也是随着该物体一同下落的。物体在自由下落的过程中,既没有拉着任何东西,也没有压着任何东西,所以如果这个时候我们问“物体在下落过程中的重量是多少”,就相当于在问“没有重量的物体有多重”。

早在17世纪,力学的奠基人伽利略就曾经写道(摘自《关于两门新科学的谈话和数学证明》,这部著名作品的俄文版出版于1934年):“我们可以感觉到肩上的重物,是因为我们在努力不让它跌落。但是假如我们以同样的速度和背上的重物一起下落,那这个重物还会压到我们吗?这就像我们想要用长矛刺一个人(当然不能将长矛掷出去),而这个人正以同我们一样的速度在前面奔跑。”

下面的这个简单易行的实验,可以十分直观地证明上述论断的正确性。

把核桃夹子放在天平的一侧秤盘上,让核桃夹子的一头静止在盘面上,另一头用细线悬挂在天平臂杆的挂钩上(图24)。在天平的另外一个秤盘上放置重物,使天平得到平衡。现在,点燃一根火柴把细线烧断,核桃夹子原来挂在挂钩上的一端就会落到秤盘上。

图24 演示自由落体失重现象的实验

那么,在这个瞬间天平会发生什么变化呢?在核桃夹子落下的过程中,这边的秤盘是会上升、下沉,还是会继续保持平衡呢?

您现在已经知道自由落下的物体是没有重量的,所以您一定会事先给出这个问题的正确答案:这一侧的秤盘会瞬间向上升起。

实际情况的确如此,核桃夹子被挂起的那一端,虽然是与另外一端连在一起的,但它在下落时对下端的压力,还是要比固定不动的时候对下端的压力小。核桃夹子的重量在这一瞬间减少了,这边的秤盘当然会向上升起了。 tFZu0c1/T5fCU6LC0lBsJhHedTeUGZ89f5wx6cClV9pgvYPRPgxu2lZB4rV2pTNG

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