Меняется ли наш вес при движении лифта?

Лифты способны слегка изменить восприятие гравитации человеком. Как только он начинает двигаться вниз, мы это чувствуем – на секунду кажется, что он становится тяжелее. А когда лифт замедляется, давление ослабевает. Но почему это происходит? Портал livescience.com разобрался в проблеме.

В физике вес можно понимать как минимум как три взаимосвязанных понятия: масса (из какого вещества состоит объект), гравитационная сила, действующая на объект, и сила, с которой весы толкают объект вверх. Если человек стоит на месте, то все три могут быть одинаково актуальны. Но как только лифт начнет ускоряться или замедляться, ответы будут другими.

Масса человека не меняется в зависимости от поведения лифта. Гравитация на поверхности Земли также практически одинакова на верхних и нижних этажах здания. Меняется лишь третье определение – насколько весы подталкивают человека вверх. Именно этот толчок и измеряют обычные напольные весы.

Этот ответ звучит немного неинтуитивно, поэтому в качестве примера возьмем астронавтов на борту МКС. Гравитационная сила Земли и космической станции почти такая же, как и на поверхности планеты, но космонавты ее не ощущают. Не потому, что гравитация волшебным образом исчезает на орбите, а потому, что люди на Международной космической станции находятся в состоянии постоянного свободного падения к Земле.

МКС движется боком со скоростью более 27 300 км/ч. При падении Земля прогибается под ним, поэтому станция не задевает планету, а постоянно проходит мимо. Результатом является стабильное, непрерывное снижение. Поскольку космонавты и станция падают вместе с одинаковой скоростью, они никогда не отталкиваются от «пола» — и именно это мы ощущаем как вес. Если на Земле поверхность мешает нам падать, подталкивая человека вверх, то на орбите подобного толчка нет: на космонавтов действует гравитация, но ничто не замедляет их падение. Именно поэтому возникает ощущение невесомости.

Движение лифта ненадолго меняет то, насколько сильно пол выталкивает человека. Когда мы начинаем движение вверх, мы внутри кабины тоже ускоряемся вверх; пол сильнее давит снизу, и мы чувствуем себя тяжелее. Для примера: дополнительное ускорение в типичном лифте составляет 1 м/с в квадрате, или 1/10 силы тяжести Земли. Если человек обычно весит 68 килограммов, то движение лифта ненадолго прибавит к его весу 10% — и результат составит 75 кг.

Как только лифт достигнет стабильной скорости, ускорение прекращается. Гравитация возвращается в равновесие, хотя человек все еще движется. Но ближе к нужному этажу лифт начинает тормозить – и происходит прямо противоположный эффект. Хотя мы продолжаем двигаться вверх, лифт ускоряется, чтобы немного замедлить движение пассажиров. Гравитация не меняется, но поскольку лифт теперь движется вниз, мы чувствуем меньшее давление — и масса на весах уменьшается.