淺談“超重”和“失重”

“過山翻滾車”是游樂園中非常刺激的娛樂游戲。其最刺激最吸引人之處莫過于從一個很高的坡頂滑下，沖上一個圓軌道，然后再沖下來，在此過程中，你會感到整個心似乎懸于空中，很不踏實。實際上這并不是心臟的位置提升了，而是自身的重心相對于我們平常的平衡位置提高了，為什么會這樣呢？是因為在向下沖時有向下的加速度，這就是“失重現象”。反之，若物體具有向上的加速度(可以是豎直向上，也可以是某加速度的豎直向上的分量)就是“超重現象”。而當宇宙飛船做勻速圓周運動時，其向心加速度等于宇宙飛船所處高度的重力加速度，則其處于“完全失重狀態”，這時飛船中的宇航員感覺自己像懸在空中一樣。

值得說明的是，所謂“超重”和“失重”并不是重力的增加或減少。在地面，物體所受的重力可基本認為是不變的。而“超重”和“失重”指的只是“視重”。何為“視重”呢？通常物體的重量是通過彈簧（或托盤秤）等一些工具靜止時的讀數來表示。這時物體對彈簧秤的拉力（或物體對托盤秤壓力）與物體重力等大。我們把物體對彈簧秤的拉力（或物體對托盤秤的壓力）稱為“視重”。“超重”是指物體對其支持物的壓力大于其自身重力的大小。當物體隨升降機向上加速運動時，物體有豎直向上的加速度，根據牛二定律，其豎直方向所受合力必向上，用以產生向上加速度。此時物體受到地板的支持力向上，重力向下，因此支持力大于重力，根據牛頓第三定律，物體對地板壓力大于自身重力。反之，“失重”即物體在豎直方向上有向下的加速度時，壓力小于自身重力。

對于這種物理現象，我們不必費心去背；只要我們用電子秤稱一下自己的體重，然后再在秤上做突然下蹲（或站起）運動，觀察電子秤的讀數，會發現讀數先小于自身重力，后大于自身重力。原因就是因為人突然下蹲時先加速向下運動加速度向下為失重過程；后減速向下運動加速度向上為超重過程。通過聯系實際來分析和處理一些物理問題，是一種形象有效的方法。“超重”和“失重”在物理解題中的應用：

例1某人在以a=2.5m/s2的加速度勻加速下降的升降機中最多可舉起m1=80kg的物體，則此人在地面上最多可舉起多大質量的物體？若此人在一勻加速上升的升降機中最多可舉起m2=40kg的物體，則此升降機上的加速度為多大？(g取10m/s2)

分析：第一種情況下，人處于“失重狀態”，m1也同樣具有系統加速度，由于失重，m1對支持物—人的壓力小于其本身的重力，因為對于一個人而言，其最大舉力恒定；固設舉力為F，以運動方向為正，據“牛二”定律可得m1g-F=m1a，易得F=600N；

第二種情況，系統處于超重狀態，即m2對人的壓力大于其重力，據“牛二”定律F-m2g=ma‘，易得a’=5m/s2。

總結：在解題中應用“超、失重”知識，先確定是“失重”還是“超重”有利于確定合力方向和各分力的大小關系，同時可增加解題的正確性。

(冀州市職教中心)