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為何搭電梯時 會覺得體重忽重忽輕?

有物理學家說明了為什麼在搭乘電梯時會感覺體重變重和變輕。圖為某大樓裡的幾部電梯。(Shutterstock)
有物理學家說明了為什麼在搭乘電梯時會感覺體重變重和變輕。圖為某大樓裡的幾部電梯。(Shutterstock)

文/記者陳俊村
在很多人的生活中,搭電梯是每天的例行公事,舉凡公寓、辦公大樓、學校、政府機關或百貨公司,到處都有電梯。那麼,你可曾注意到,有時候搭電梯會感覺體重變重,有時候又會覺得變輕。為什麼會這樣呢?來看看物理學家怎麼說。

據「生活科學」(Live Science)網站報導,如果你在電梯上升過程中站在體重計上,數字會猛增;等到電梯減速停止時,數字又會下降。而電梯下行時,則情況正好相反。這種體重變化並非源自於重力,而是因為地板的反作用力。

人在兩個時刻最容易感到體重變重——電梯開始上升時(向上加速)和電梯在下降即將結束、減速時(向下減速)。不過,這種感覺的解釋,取決於你對「重量」的理解,以及身體的感受。

美國華盛頓大學(University of Washington)物理學教授莫拉萊斯(Miguel Morales)告訴該網站說,物理學中的「重量」一詞有不同的意義,至少可分成三個相關的概念:一是你的質量(構成你的物質有多少);二是作用在你身上的重力;三是你腳下體重計的向上壓力。

當電梯靜止不動時,這三個定義可能都一樣;但一旦電梯開始加速或減速,就會出現三種不同的答案。這就是物理定律。

無論電梯如何運動,你的質量都不會改變;而地球表面附近的重力,在建築物的底部和頂部也基本上保持不變。真正改變的,是第三個概念,也就是體重計向上推的力。這個向上的力,才是體重計實際測量的。

一名男士搭乘電梯。一名男士搭乘電梯。(Shutterstock)

愛達荷大學(University of Idaho)物理學教授巴恩斯(Jason Barnes)告訴該網站說,這種區別揭示了一個違反直覺的事實——你感覺不到重力。

巴恩斯以國際太空站上的太空人為例說,那裡的地球重力(約為地表重力的90%)幾乎與地球上的差不多,但太空人卻感覺不到。這並非因為重力在太空站軌道上消失了,而是因為他們會不斷的向地球下墜。

在地球上,地面會不斷的向上推你,防止人下墜;但在軌道上,這種向上的推力消失了。太空人仍會受到重力的影響,但沒有任何東西阻止他們下墜。由於沒有地面的向上作用力,因此他們感覺不到重力。

當電梯運作時,地板對你的壓力會短暫的改變。電梯開始上升時,它也必須對你加速,讓你向上移動。巴恩斯說:「開始上升時,你會感覺比較重。電梯會比平常更用力的推你,以便讓你加速向上移動。」

在一般電梯中,這種額外加速約為每秒1公尺,這相當於地球重力的1/10左右。對於一名體重150磅(約68公斤)的人來說,這會在短時間內讓體重計的讀數增加約10%。體重計上的數字可能不是150磅,而是大約165磅(約75公斤)。

莫拉萊斯從體重計的角度解釋說,重力本身並沒有改變;但為了讓你加速,必須有比重力更大的某種力量推動你,所以你在體重計上的重量會增加。

一旦電梯達到穩定速度後,加速度會停止。重力和向上推力再次達到平衡,即便你仍在移動,體重計也會恢復正常讀數,你也會感覺恢復正常體重。

當電梯在頂部減速停止時,情況剛好相反。即便你仍在向上移動,電梯也必須稍微向下加速,才能讓你減速。

此時重力並沒有改變,但由於電梯正在向下加速,地板不需要像以前那樣用力向上推,來控制你的運動。向上推力減少,體重計的讀數也會跟著下降。因此你會感覺自己好像輕了一點。

在電梯下行過程中,同樣的模式也會再次出現。當電梯加速向下運行時,你會感覺比較輕,因為地板向上的推力比平常小;但當電梯接近底部並減速直至停止時,向上的推力再次增大,讓你感到比較重。◇