Uzasadnienie: 

Naszym celem jest wykonanie rysunków przedstawiających wektory sił działających na mężczyznę jadącego windą. Zacznijmy od analizy sił działających na mężczyznę wewnątrz windy.

Na mężczyznę działa siła ciężkości, która ma stałą wartość i jest skierowana pionowo w dół. Gdy winda porusza się z przyspieszeniem, pojawia się siła bezwładności. W zależności od kierunku przyspieszenia, siła ta może „docisnąć” mężczyznę do podłogi windy, zwiększając wartość siły nacisku (na przykład przy ruszaniu w górę), albo zmniejszyć siłę nacisku, jakby odrywając go od podłoża (na przykład przy ruszaniu w dół lub hamowaniu podczas jazdy w górę).

Działa na niego również siła reakcji podłoża, która równoważy siłę nacisku. Ma ona tę samą wartość oraz kierunek co siła nacisku, ale przeciwny zwrot.

Przyjrzyjmy się teraz wykresowi siły nacisku odczytanego przez wagę.

Wykres opisuje wartość siły nacisku podczas ruchu windy, który można podzielić na trzy etapy: winda przyspiesza, porusza się ruchem jednostajnym oraz przyspiesza aż do zatrzymania.

W związku z tym w przeciągu pierwszych 5 sekund ruchu na mężczyznę działa siła bezwładności, która jest skierowana w górę zmniejszając tym samym siłę nacisku.

Następnie winda porusza się ruchem jednostajnym zatem jedyne siły działające na mężczyznę to siła ciężaru oraz siła reakcji podłoża, zatem siła nacisku jest równa co do wartości sile ciężkości. W związku z tym różnica między wartością siły nacisku w pierwszym etapie ruchu oraz drugim będzie równa wartości siły bezwładności.

Z wykresu możemy odczytać, że w pierwszym etapie wartość siły nacisku wynosiła:

$F_{N1}=640\text{N}$

Dla drugiego etapu:

$F_{N2}=800\text{N}$

Tak jak wcześniej wspomniano, wartość siły bezwładności będzie równa zmianie siły nacisku, co możemy zapisać za pomocą wzoru:

$F_{\text{bezw}}=F_{Nk}-F_{Np}$

gdzie:

$F_{\text{bezw}}$ - wartość siły bezwładności,

$F_{Nk}$ - końcowa wartość siły nacisku,

$F_{Np}$ - początkowa wartość siły nacisku.

W związku, z czym dla pierwszego etapu ruchu możemy zapisać:

$F_{\text{bezw}1}=F_{N2}-F_{N1}$

gdzie:

$F_{\text{bezw}1}$ - wartość siły bezwładności dla pierwszego etapu.

Podstawiając wartości:

$F_{\text{bezw}1}=800\text{N}-640\text{N}=160\text{N}$

Z wykresu możemy odczytać, że wartości siły nacisku w trzecim etapie ma wartość:

$F_{N3}=960\text{N}$

Wzór na wartość siły bezwładności działającej na mężczyznę dla trzeciego etapu możemy zapisać:

$F_{\text{bezw}2}=F_{N3}-F_{N2}$

 Podstawiając odczytane wartości:

$F_{\text{bezw}2}=960\text{N}-800\text{N}=160\text{N}$

W tym przypadku widzimy, że siła bezwładności musi być skierowana w dół, aby zwiększyć siłę nacisku.

Wiemy, że we wszystkich przypadkach siła reakcji będzie skierowana do góry i będzie miała wartość równą sile nacisku. 

Jak wcześniej wspomniano, siła ciężkości ma stałą wartość i jest skierowana w dół. Wiemy, że w drugim etapie siła bezwładności ma wartość równą wartości siły nacisku.

Korzystając z tych informacji oraz przyjmując, że jedna kratka odpowiada wartości 160 N, możemy wykonać rysunki.

 Odpowiedź: 

W drugiej sekundzie ruchu:

W dziesiątej sekundzie ruchu:

W dwudziestej szóstej sekundzie: