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:
- Postój na dole.
- Ruch przyspieszony w górę.
- Ruch jednostajny w górę.
- Ruch opóźniony w górę.
- Postój na górze.
- Ruch przyspieszony w dół.
- Ruch jednostajny w dół.
- Ruch opóźniony w dół.
Można też wykorzystać telefon lub aparat fotograficzny do ciągłego nagrywania wskazań wagi podczas doświadczenia.
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 będzie wskazaniem wagi w pierwszym i piątym przypadku, tj. w układzie „nieruchomym”, gdzie siły bezwładności nie występują. oznacza więc ciężar naszego ciała. Wskazania wagi w pozostałych przypadkach wyrażą się za pomocą wzoru:
gdzie oznacza siłę bezwładności. Możemy ją więc wyrazić jako:
Siły i mają ten sam kierunek i zwrot (pionowo w dół). Tak więc siła także ma kierunek pionowy. Może ona być zwrócona zarówno w górę, jak i w dół, zależnie od tego, która z sił i ma większą wartość. Jeśli więc chcemy w zwarty sposób zaznaczyć zwrot siły bezwładności, to możemy skorzystać z wyrażenia:
Dodatni wynik tego odejmowania oznacza, że , więc siła jest zwrócona w dół. Ujemny wynik oznacza przypadek przeciwny: siła jest zwrócona do góry i powoduje zmniejszenie ciężaru .
Wyniki obliczeń wpisujemy do tabelki pomiarów (il. 2.35), gdzie już uprzednio wpisaliśmy wskazania wagi . 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.
Wypełniamy ostatnią rubrykę tabelki i zapisujemy wniosek końcowy z naszego doświadczenia.