Tom II

2.8. Doświadczenie „Inercja”

Celem doświadczenia jest zbadanie sił bezwładności w windzie. W pierwszej klasie omawialiśmy zagadnienie sił bezwładności (przykład w rozdziale 1.6 Siły bezwładności pierwszego tomu), a obecnie wykonamy doświadczenie. Najlepiej przeprowadzić je w windzie szybkobieżnej w wieżowcu, na przykład w Pałacu Kultury i Nauki w Warszawie. Doświadczenie wykonujemy w następujący sposób:

Stajemy na wadze „łazienkowej” i notujemy wskazania wagi w czasie postoju i w siedmiu fazach ruchu windy:

  1. Postój na dole.
  2. Ruch przyspieszony w górę.
  3. Ruch jednostajny w górę.
  4. Ruch opóźniony w górę.
  5. Postój na górze.
  6. Ruch przyspieszony w dół.
  7. Ruch jednostajny w dół.
  8. Ruch opóźniony w dół.

Można też wykorzystać telefon lub aparat fotograficzny do ciągłego nagrywania wskazań wagi podczas doświadczenia.

Wskazania wagi w windzie informują nas o sile bezwładności
 Ilustracja 2.34. Wskazania wagi w windzie informują nas o sile bezwładności

Zauważamy, że wskazania wagi w poszczególnych stanach ruchu windy nie są takie same. Wskazania wagi informują nas o sile bezwładności działającej na nasze ciało. Niech P 0 będzie wskazaniem wagi w pierwszym i piątym przypadku, tj. w układzie „nieruchomym”, gdzie siły bezwładności nie występują. P 0 oznacza więc ciężar naszego ciała. Wskazania wagi w pozostałych przypadkach wyrażą się za pomocą wzoru:

P = P 0 + F b
( 2.29 )

gdzie F b oznacza siłę bezwładności. Możemy ją więc wyrazić jako:

F b = P - P 0

Siły P i P 0 mają ten sam kierunek i zwrot (pionowo w dół). Tak więc siła F b także ma kierunek pionowy. Może ona być zwrócona zarówno w górę, jak i w dół, zależnie od tego, która z sił P i P 0 ma większą wartość. Jeśli więc chcemy w zwarty sposób zaznaczyć zwrot siły bezwładności, to możemy skorzystać z wyrażenia:

F b = P - P 0

Dodatni wynik tego odejmowania oznacza, że P > P 0 , więc siła F b jest zwrócona w dół. Ujemny wynik oznacza przypadek przeciwny: siła F b jest zwrócona do góry i powoduje zmniejszenie ciężaru P 0 .

Wyniki obliczeń wpisujemy do tabelki pomiarów (il. 2.35), gdzie już uprzednio wpisaliśmy wskazania wagi P . Stosujemy przy tym „tradycyjną” jednostkę siły – kilogram-siłę (w skrócie 1 kG). Była ona używana przede wszystkim do wyrażania ciężaru ciał, stąd definicja tej jednostki brzmiała: „jeden kilogram-siła to mierzony na Ziemi ciężar ciała o masie jednego kilograma”. Zgodnie z tą tradycją, wagi łazienkowe są wyskalowane w kilogramach-siłach, a nie w niutonach.

Tabelka pomiarów
 Ilustracja 2.35. Tabelka pomiarów

Wypełniamy ostatnią rubrykę tabelki i zapisujemy wniosek końcowy z naszego doświadczenia.