53.降落的电梯

【题目】如图47，两部电梯内分别站着一个人。第一个人在电梯内的秤盘上站着，第二个人站在电梯内，拿着一杯水。现在，两部电梯的缆绳断裂，电梯开始下坠，加速度为重力加速度。那么：

（1）下降时秤盘示数会怎样变化？

（2）此时倒置的开口杯中的水会不会流出？

图47　降落的电梯中的物理试验

【题解】自由下坠的电梯是一个很特殊的地方。在电梯内立着的物体的速度会和底座的速度相同，而悬挂的物体和它们的支点速度相同。所以前者不会施加压力给底座，后者也不会施加压力给支点，类似失重。这个电梯内的物体因为和电梯速度保持着一致，所以都会类似失重，物体不会掉到地面上，而是会待在原地。正因为此，电梯会是一个非常好的失重试验室。

根据上文，这两个问题也就不难解答了：

（1）由于物体不会对秤盘施压，于是秤盘示数为0。

（2）水并不会流出。

这种现象并非只存在于坠落的电梯内。如果某个空间在引力的作用下进行惯性运动，就会出现这种情况。电梯和电梯内的物体重力加速度均相等，相对位置也不会改变。

这个现象在技术领域也有可能发生，基尔皮切夫《力学漫谈》和杰伦教授《技术物理教程》中都有提到。

“矿井中的升降机通常会配备升降级安全钳，可以防止绳索断裂时的危险。如图48，它的一端固定在矿井墙上，另一端吊着载人板，可以保证载人板不会坠落。

图48　升降机安全钳装置

“A所示为载人板，B是井墙木桩，C是绳索。此绳索现在不会直接吊起载人板，而是连接了一个支撑点固定在载人板上部的拉杆D。载人板上升时，拉杆将倾斜，并不会碰到B。但若绳索断裂，载人板下降，D则会水平，之后紧紧地卡住B。这样便安全许多。

“现在试着在拉杆上制作转折点，在D末端安装平衡锤E。然而E并没有什么用，绳索一旦断裂，载人板自由落体，E不仅不会产生应有的功能，还会有更大的力施加给D。所以最好将E换成弹簧或板簧F。”