Hier sind zwei Punkte zu klären.

• Die normale Reaktionskraft von der Oberfläche ist eine sich selbst einstellende Kraft. Insbesondere kann es einen beliebigen Wert annehmen, um zu verhindern, dass das in Kontakt stehende Objekt eindringt. Wenn also ein auf einer Oberfläche ruhendes Objekt ein Gewicht $ w $ span> hat, ist die normale Reaktionskraft $ w $ nach oben. Wenn Sie nun eine externe Aufwärtskraft auf das Objekt (z. B. mit Ihrer Hand) mit einer Größe $ w / 2 $ span> ausüben, würde die normale Reaktionskraft von der Oberfläche aus auftreten Ändern Sie den Wert in $ w / 2 $ span>. Wenn Sie nun eine externe Kraft einer Größe $ w $ span> nach oben anwenden, wird die normale Reaktionskraft von der Oberfläche auf Null reduziert.
• Wie Sie jedoch richtig bemerken, befindet sich das Objekt immer noch im perfekten Gleichgewicht, wenn die äußere Kraft nach oben genau dem Gewicht in der Größe entspricht. Und da die Anfangsgeschwindigkeit Null war, würde seine Geschwindigkeit immer noch Null bleiben, weil Gleichgewicht keine Beschleunigung bedeutet. Es würde also keine Bewegung geben. Um das Objekt tatsächlich anzuheben, müssen Sie eine Aufwärtskraft bereitstellen, die mindestens geringfügig größer ist als das Gewicht des Objekts. Wenn Sie eine solche Kraft auch nur für eine winzige Zeitspanne anwenden, nimmt das Objekt eine Aufwärtsgeschwindigkeit auf, da es für diese winzige Zeitspanne einer Aufwärtsbeschleunigung ausgesetzt gewesen wäre. Sobald dies erreicht ist, können Sie die Größe der Aufwärtskraft so reduzieren, dass sie genau der Größe des Gewichts entspricht. Das Objekt bewegt sich weiterhin im Gleichgewicht nach oben, aber jetzt mit einer konstanten Geschwindigkeit (die es aufgenommen hat) während dieser winzigen Zeit der Beschleunigung).

In realen Situationen, wenn eine Masse auf einem Tisch sitzt, biegt ihr Gewicht den Tisch leicht.Wenn Sie also mit einer Kraft heben, die dem Gewicht entspricht, wird der normale Kraftdruck von der Oberfläche entfernt. Die Oberfläche wird in ihre frühere Position zurückgebogen, wodurch die Nettoaufwärtskraft leicht erhöht wird, um die Beschleunigung zu starten.Dies kann einfacher visualisiert werden, wenn Sie sich vorstellen, dass die Masse auf einer Feder ruht.In den meisten realen Situationen würde eine Kraft, die dem Gewicht entspricht, sie anheben.

Sie haben Recht, dass es zunächst eine Nettoaufwärtskraft geben muss, egal wie klein und wie kurz, um das Objekt zum Laufen zu bringen.Zusätzlich zum Ausgleich der Kräfte unmittelbar danach, um eine konstante Geschwindigkeit zu erreichen, muss unmittelbar vor Erreichen der Höhe eine Nettoabwärtskraft vorhanden sein, so dass das Objekt zur Ruhe kommt, wenn es NUR in dieser Höhe potentielle Gravitationsenergie besitzen soll.Andernfalls besitzt das Objekt sowohl Gravitationspotentialenergie als auch kinetische Energie, wenn es diese Höhe erreicht.

Hoffe das hilft

Alle obigen Antworten gehen von einer falschen Annahme aus.Sie gehen davon aus, dass sich das Objekt derzeit nicht vertikal bewegt.Dies ist in der Frage nicht angegeben.Die richtige Antwort sollte also sein, es hängt davon ab, ob sich das Objekt vertikal bewegt oder nicht. Wenn das Objekt bereits nach oben getrieben wurde und wir es mitten im Flug "gefangen" haben, gilt die "sehr kleine Kraft für eine sehr kurze Zeit, um das Gleichgewichtsargument zu überwinden" nicht.

Angenommen, das Objekt befindet sich auf der Erdoberfläche, gibt es einen leichten Schwerkraftgradienten. Wenn Sie also eine konstante Kraft anwenden, die dem Gewicht des Objekts an dieser Ausgangsposition entspricht, führt dies zu einer instabilen Situation.

Eine leichte Bewegung des Objekts nach oben (aufgrund von thermischen Bewegungen, Vibrationen oder was auch immer) verringert die Schwerkraft um etwa 0,3 mGal / m - ein Gradient von 3.080 E (Eotvos), sodass keine anderen signifikanten Kräfte vorhanden sind (aziemlich große Annahme) würde es dazu neigen, irgendwann in den Weltraum zu fliegen.

Auf der Oberfläche eines Planeten mit einer Atmosphäre helfen Ihnen zwei Dinge: Der Auftrieb des Objekts (im Grunde das Gewicht der Luft, die es ersetzt) ​​und die Annahme, dass sich der Planet dreht und Sie sich nicht an einem befinden die Pole, die Zentrifugalkraft.

Um ein Objekt anzuheben, müssen Sie nur eine Kraft anwenden, die etwas unter dem Gewicht liegt, da Ihnen zwei Effekte helfen.

Dies ist sehr auffällig, wenn Sie versuchen, einen mit Luft gefüllten Ballon anzuheben. Die Luft wiegt ein paar Gramm, aber dafür müssen Sie keine Kraft aufbringen. Bei 100 kg Eisen werden nur etwa 12 Liter Luft mit einem Gewicht von etwa 15 bis 16 Gramm ersetzt, sodass der Unterschied gering ist.

PS. Siehe Adrians Antwort für eine dritte Kraft, die Ihnen hilft.

PS. Jemand könnte behaupten, dass all diese Kräfte nur zu der Kraft hinzugefügt werden sollten, die Sie selbst anwenden. Die Zentrifugalkraft ist unterschiedlich. Es ist keine Kraft, es ist nur ein Effekt des Objekts, das versucht, sich in einer geraden Linie zu bewegen, wenn sich beispielsweise aufgrund der Erdrotation alle auf der Oberfläche ruhenden Objekte tatsächlich mit sehr hoher Geschwindigkeit entlang eines Kreises bewegen, nicht auf einer geraden Linie.

Aus rechnerischer Sicht ist eine Kraft eine Gleitkommazahl, keine ganze Zahl. Bei Gleitkommazahlen macht es nicht viel Sinn, Dinge wie x gleich y zu sagen, da x und y sich sehr geringfügig unterscheiden können, so klein, dass einige dies als gleich betrachten und andere dies als unterschiedlich betrachten. Wenn Sie programmieren:

  float x;
....
if (x == 1,23) ...
 

dann wird die if-Klausel möglicherweise nie wahr, weil x möglicherweise sehr nahe an 1,23 kommt, aber niemals gleich ist. Normalerweise würden Sie stattdessen etwas codieren wie:

  if (x < = 1.23)
 

oder:

  if (x > 1.22 und x < 1.24) ...
 

Wenn Sie für Ihre Frage ein Objekt mit der Masse m mit einer sehr kleinen Beschleunigung a "anheben" möchten, kann die erforderliche Aufwärtskraft F = mxa sehr gering sein, wenn einige dies in Betracht ziehen als "Null" - oder "Nein" -Kraft und andere können dies als eine Kraft ungleich Null betrachten.

Alles läuft darauf hinaus, was Sie mit "gleich" meinen.

Vielleicht haben Sie von Isaac Newtons zweitem Bewegungsgesetz gehört ...

$ F = ma $ span>

wo

$ F = $ span> Nettokraft auf ein Objekt

$ m = $ span> Objektmasse

$ a = $ span> Beschleunigung des Objekts

In Ihrer Frage fragen Sie nach einer Situation, in der die Nettokraft auf das Objekt Null ist. Die Kraft aufgrund der Schwerkraft (Gewicht) ist gleich und entgegengesetzt zu Ihrer Hubkraft. Sie können anhand der Gleichung sehen, dass wenn $ F = 0 $ span>, dann auch $ a = 0 $ span>.

TDas Objekt kann sich nicht mit einer Beschleunigung von Null bewegen. Daher bleibt es stationär. Wenn Ihre Hebekraft größer als das Gewicht ist, ist die Nettokraft größer als Null und das Objekt beginnt nach oben zu beschleunigen. Die Größe der Beschleunigung hängt sowohl von der Nettokraft als auch von der Masse des Objekts ab

Ihre Schlussfolgerung ist richtig.Um das Objekt in Bewegung zu setzen, müssen Sie zunächst eine Kraft aufbringen, die größer als das Gewicht des Objekts ist, um es aus der Ruhe zu beschleunigen.Danach können Sie die Kraft reduzieren, um sie an das Gewicht des Objekts anzupassen, und es steigt weiter mit der Geschwindigkeit an, die es beim Beschleunigen erreicht hat.

In der Praxis ist es unmöglich, eine Kraft anzuwenden, die jederzeit genau dem Gewicht des Objekts entspricht. Was also tatsächlich passiert, ist, dass die Geschwindigkeit des Objekts variiert und Sie ständig kleine Korrekturen an der vornehmen müssenKraft.

Wenn Sie eine genauere Antwort wünschen, sollten Sie auch Folgendes berücksichtigen:

1) Luftwiderstand, dessen Wirkung von der Größe und Form des Objekts, seiner Geschwindigkeit relativ zur Luft, durch die es sich bewegt, und dem Druck- und Feuchtigkeitsgehalt der Luft usw. abhängt.

2) Auftrieb, dessen Wirkung vom Volumen des Objekts und seiner Dichte abhängt.

Es hängt wirklich von Ihrer Definition von "Aufzug" ab.

Wenn unter Heben verstanden wird, dass das Objekt keinen Druck mehr auf die darunter liegende Oberfläche ausüben soll, muss die Kraft, die Sie ausüben müssen, genau seinem Gewicht entsprechen, nicht mehr.

Wenn unter Anheben verstanden wird, dass das Objekt nicht nur keinen Druck mehr auf die darunter liegende Oberfläche ausübt, sondern sich auch von der Oberfläche wegbewegt, müssen Sie natürlich eine solche Kraft anwenden, die nicht nur das Gewicht überwindet des Objekts, sondern beschleunigt es auch um ein kleines bisschen, so dass es sich wegbewegen kann. Ohne mindestens ein kleines Stück Anfangsbeschleunigung bewegt sich das Objekt nicht.

(In der tatsächlichen, realen, physischen Welt bewegt sich das Objekt natürlich von der Oberfläche weg, selbst wenn Sie das erste Szenario versuchen, teilweise aufgrund von Luftströmungen, Vibrationen usw. und teilweise, weil Sie tatsächlich keine Kraft anwenden können Das entspricht genau einem Gewicht: Es ändert sich im Laufe der Zeit aufgrund von Vibrationen in Ihrem Hebegerät zwangsläufig geringfügig. Während die von Ihnen ausgeübte Kraft geringer ist als das Gewicht des Objekts, sehen Sie keine Auswirkung, sondern auf die Im ersten Moment, in dem die Kraft das Gewicht des Objekts geringfügig überschreitet, bewegt sich das Objekt.)

Einfach, aber hoffentlich nützlich:

Wenden Sie die Newtonschen Prinzipien streng an.

Nehmen Sie ideale Bedingungen an, aber berücksichtigen Sie so viele ideale Faktoren wie nötig, um mit dem Ergebnis zufrieden zu sein. zB

• Auftrieb nach Wunsch einschließen oder ausschließen - dies ist ein realer Faktor, macht jedoch normalerweise etwa 0,1% des gesamten "Gewichts" aus. zB für Wasser beträgt der Luftauftrieb auf Meereshöhe etwa 1,2 Gramm pro kg Wasser.

• Luftwiderstandsverluste ein- oder ausschließen, wenn Sie sich wie gewünscht bewegen - der Luftwiderstand in Luft beträgt etwa 0,6 x A x V ^ 2 in Si-Einheiten. (A - projizierter Frontbereich, V - Geschwindigkeit). Bei etwa 1 m / s entspricht dies etwa 0,5 Newton pro Quadratmeter Frontfläche - was in vielen Szenarien nicht leicht zu bemerken ist. Bei 10 m / s sind es ungefähr 50 Newton und "Sie können anfangen zu bemerken". t 100 m / s sind es ungefähr 5 kN und werden in vielen realen Szenarien dominieren.

Eine "Hebekraft", die genau zu einer Stützkraft passt, ersetzt sie nahtlos. Newton sagt es.
Glauben Sie ihm.
Er wusste, worum es ihm ging :-)

Alle Aufwärtskräfte, die größer als die Abwärtsgewichtskraft sind, beschleunigen den Körper mithilfe von Newtonschen Standardausdrücken.

Allerdings - Wenn wir das obige Gleichgewicht zwischen Gewicht und "Stützkraft" getrennt behandeln, erschwert es tatsächlich, was zu passieren scheint, obwohl es "richtig genug" ist. Wenn wir also mit den separaten Metaphern "Schweben" und "Beschleunigungskräfte" zufrieden sind, können Sie alle Komponenten zusammenfassen und sich mit der "Vektorsumme" befassen. Also Summengewicht (= mg), Auftrieb (wenn berücksichtigt, = Volumen und Luftdichte), Luftwiderstand (wird schnell unordentlich - am besten links bei Null, um mit ~ = 0,6 x Fläche x Geschwindigkeit im Quadrat zu beginnen) und die Ergebnisse werden Sei genau so, wie du es erwarten würdest. (Dies setzt voraus, dass Sie keinen Sonnenstrahlungsdruck oder andere Effekte der 3. 4. Ordnung hinzufügen möchten.)

QED?

Wie in der Antwort von @ Adrian in der realen Welt erwähnt wurde, gibt es nichts Starres, weder die Stütze, auf der die Masse m ruht, sei es ein Tisch oder eine Zementbank, noch die Masse selbst.

Aufgrund seiner Auslenkung / Ablagerung unter dem Gewicht der Masse ist also immer eine bestimmte Energiemenge im Träger reserviert.

Deshalb gibt es hier zwei Kräfte, nennen wir sie

$$ F_1 = \ text {die Kraft, die wir ausüben} \\ und \ quad F_2 = Kx $$ span>

Mit K als Federkonstante des Trägers und x als Abwicklung des Trägers unter dem m * g.

Wir müssen also gerade genug Kraft aufbringen (etwas weniger als das Gewicht, mg), um der Federwirkung des Trägers die Möglichkeit zu geben, das Objekt nach oben zu drücken und als Projektil nach oben zu wirken. Und wir können die F1 so kurz vor dem Gewicht berechnen, dass $$ W * H = F_1 * H + \ frac {1} {2} Kx ^ 2 \\ F1 = W- \ frac {1} {2H} Kx ^ 2 $$ span> Mit W als Gewicht und H als Größe. Und wir überprüfen, dass die F1 kleiner als das Gewicht ist.

Und deshalb brauchen wir am oberen Ende der Flugbahn keine nach unten gerichtete Übergangskraft.

Ja, wir üben zu Beginn eine etwas größere Kraft aus und heben sie dann im Gleichgewichtszustand an. Tatsächlich gewinnt das Objekt in extrem kurzer Zeit an Geschwindigkeit, wenn wir eine Kraft aufbringen, die nur größer als sein Gewicht istIn dieser extrem kurzen Zeit können wir das Teilchen im Gleichgewicht anheben.