Как увеличивается масса при ускорении

При классическом рассмотрении движения тел не возникает необходимость рассматривать зависимость такой физической величины, как масса тела от изменения скорости, кроме случаев увеличения веса тела.

Релятивистское рассмотрение

Откройте учебник по физике 10 класса на теме о релятивистской динамике. Данный раздел физики описывает процессы и закономерности, происходящие при движении тел со скоростями, близкими к скорости света. Дело в том, что при перемещении тел со столь высокими скоростями некоторые из физических величин, считающиеся константами в классической физике, становятся зависимыми от величины скорости.

Однако заметьте, что изменение массы тела при движении со сверхвысокими скоростями связано именно с большим значением величины скорости, а не ускорения. Если вы посмотрите на выражение для релятивистской массы, то увидите, что она зависит именно от величины вектора скорости. Ускорение тел в релятивистских случаях приводит, скорее, к временным сдвигам.

Увеличение веса за счет ускорения

Обратите внимание, что при ускорении тела в некоторых физических случаях изменяется вес тела. К таким случаям, например, можно отнести движение человека в лифте. Когда лифт начинает разгон в направлении вверх, человек испытывает увеличение собственного веса. В ситуации же, когда лифт тормозит, двигаясь вверх, человеку кажется, что его вес гораздо меньше. На самом деле, ощущения, которые испытывает человек в данных случаях, вполне действительны и легко описываются классической динамикой.

Нарисуйте на листе бумаги схематично лифт в виде прямоугольника и человека внутри него в виде точки. Изобразите векторы сил, действующих на человека при движении в лифте. В данном случае на человека действует сила тяжести, направленная вертикально вниз, и сила реакции опоры, направленная вверх. Весом тела считается вектор, который противоположен вектору реакции опоры. Система отсчета, связанная с лифтом, не является инерциальной, поэтому силы друг друга не компенсируют.

Запишите второй закон Ньютона, приравняв произведение массы тела человека на его ускорение в лифте к сумме векторов сил. Из данного соотношения можно найти, чему равна сила реакции опоры. Она будет равна произведению массы тела на разность векторов ускорения лифта и ускорения свободного падения. Теперь можно перейти к выражению для веса, просто поменяв местами два вида ускорения. Если лифт разгоняется, двигаясь вверх, то при проецировании векторов ускорения на ось, направленную вертикально вниз, вы получите, что два вида ускорения суммируются, а не вычитаются. Таким образом, оказывается, что при ускоренном движении лифта вверх вес человека увеличивается на величину, равную произведению массы тела и ускорения лифта. Это и приводит к ощущению перегруженности.