Эффект Эйнштейна: почему мы становимся тяжелее или легче в лифте

Лифты странным образом влияют на наше ощущение гравитации. В тот момент, когда лифт резко поднимается вверх, мы чувствуем это ногами. На секунду пол давит сильнее обычного. Когда лифт замедляется, это давление ослабевает, и мы на мгновение чувствуем себя легче. Если встать на весы внутри лифта, который поднимается вверх, то они покажут увеличение веса. Когда лифт замедлится и остановится, то цифра на весах будет ниже. На пути вниз происходит обратное. Так что же на самом деле происходит? Об этом пишет Live Science.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Странное изменение веса человека в лифте

Как объясняют физики, в лифте, который двигается, мы можем чувствовать, что наш вес изменился всего два раза. Это происходит, когда лифт начинает двигаться вверх и когда он замедляется в самом конце спуска. Но объяснение зависит от того, что на самом деле означает "вес" и что может чувствовать наше тело.

Физик Мигель Моралес из Вашингтонского университета в Сиэтле (США), говорит, что в физике слово "вес" имеет разные значения. В физике вес может относиться как минимум к трем связанным понятиям: вашей массе (количество вещества, из которого вы состоите), силе гравитации, действующей на вас, или силе, с которой весы под вами давят на вас снизу вверх. Но как только лифт начинает ускоряться или замедляться, то получается три разных результата.

Наша масса никогда не меняется, независимо от того, что делает лифт. Гравитация вблизи поверхности Земли также остается практически неизменной между основанием и вершиной здания. Меняется третье значение: сила, с которой весы давят на нас снизу вверх, и именно это они измеряют.

Особенность гравитации

Физик Джейсон Барнс из Университета штата Айдахо (США) говорит, что люди не могут почувствовать гравитацию. Например, астронавты на Международной космической станции (МКС) не чувствуют гравитацию, хотя она почти такая же, что и на поверхности Земли.

Это не потому, что гравитация исчезает на орбите. На высоте 400 километров, где находится МКС, гравитационное притяжение Земли составляет примерно 90% от нормальной гравитации у поверхности нашей планеты. Разница в том, что астронавты и космическая станция находятся в непрерывном свободном падении на Землю.

МКС движется со скоростью 27 300 км/ч и по мере свободного падения Земля искривляется под ней. Вместо того чтобы упасть вниз МКС этого не делает и постоянно вращается вокруг нашей планеты.

Поскольку астронавты и космическая станция падают вместе с одинаковой скоростью, пол никогда не оказывает на них давления снизу вверх. И именно это давление снизу вверх мы ощущаем как вес.

На Земле поверхность постоянно препятствует падению, оказывая на нас давление снизу вверх. На орбите такого давления нет. Астронавты по-прежнему находятся под воздействием гравитации, но ничто не мешает им падать. Без давления пола снизу вверх они чувствуют себя невесомыми.

Почему лифты заставляют нас чувствовать себя тяжелее или легче?

Лифт на короткое время меняет силу давления пола на нас. Когда лифт начинает подниматься, он должен также ускорять нас вверх. Давление пола возрастает во время подъема, и мы чувствуем себя тяжелее, чем обычно, говорит Барнс.

В обычном лифте дополнительное ускорение может составлять около 1 метра в секунду в квадрате. Это примерно одна десятая часть земной гравитации. Поэтому человек, который весит 68 килограммов, на короткое время станет весить 75 килограммов, то есть добавит 10% в весе.

"Сила гравитации совсем не изменилась. Но теперь, чтобы вы ускорялись, что-то должно толкать вас сильнее, чем гравитация. И поэтому ваш вес на весах увеличится", — говорит Моралес

Как только лифт достигает постоянной скорости, ускорение прекращается. Гравитация и восходящая сила снова уравновешиваются, и весы возвращаются к своим нормальным показаниям, хотя вы все еще движетесь. В верхней точке, когда лифт замедляется и останавливается, происходит обратное. Хотя вы все еще движетесь вверх, лифт должен немного ускориться вниз, чтобы замедлить вас.

Сила гравитации не изменилась. Но поскольку лифт теперь ускоряется вниз, полу не нужно так сильно давить вверх, чтобы контролировать ваше движение. При меньшем давлении вверх показания весов снижаются. В этом случае вы чувствуете, что стали легче, говорит Моралес.

Когда лифт ускоряется вниз, вы чувствуете себя легче, потому что пол оказывает меньшее давление снизу вверх, чем обычно. Но по мере приближения к нижней точке и замедления лифта до полной остановки ускорение снова резко возрастает, и вы снова чувствуете себя тяжелее.

Эффект Эйнштейна

Этот повседневный опыт связан с одной из важнейших идей современной физики. По словам Барнса, это эффект, который Альберт Эйнштейн впервые заметил, когда разрабатывал общую теорию относительности. Это открытие, известное как принцип эквивалентности, помогло Эйнштейну понять, что гравитация не является силой, а это следствие ускорения и искривления самого пространства-времени.

Как уже писал Фокус, недавнее открытие, которое касается темной энергии, указывает на то, что во Вселенной существуют другие измерения, о которых мы не знаем.

Также Фокус писал о том, что телескопы NASA помогают услышать, как звучат планеты Юпитер, Сатурн и Уран.