力
力是推或拉。
不平衡的力导致物体加速
平衡
通常在物体上的力是平衡的:一个方向的力和向相反方向的力相等:
平衡力的例子
无加速。
例子:这个桥塔顶部的力是平衡的。
悬索向下拉,左右力度相等,与桥塔向上的推力平衡。(桥塔在推吗?当然!如果悬索不是在塔顶,而是在你头顶,你需不需要向上推?)
我们可以做一个数学模型来模拟这些力:
把代表力的箭头头尾连接起来,箭头刚好环绕一圈,所以所有的力加起来是零(互相抵消):
力度平衡。
不平衡
担当力不平衡时,物体加速。
不平衡力的例子。
有加速。
踢球是对球作不平衡的力,使得球很快地加速。
球离开脚后力(和加速)就停了。
球继续沿直线以恒速移动,但是有其他的力对其产生作用:
- 地心引力是个不平衡力,把球向下加速。
- 空气阻力也是个不平衡力,使得球减速。
加速度:速度的增快或减慢
速度减慢也叫减速度。
力与加速度是有关联的。
力越大,加速度越大。
但质量大的物体比较难加速
质量越大,加速度越小。
想象踢一个石球:
不要尝试做这个!
这是个著名的公式:
F = ma
"牛顿第二运动定律"
(F 是力,m 是质量,a 是加速度)
每边除以 m 会比较清楚:
质量与加速度对抗的概念叫惯性。
惯性的意思是物体会继续它的运动。
如果物体是静止的(相对于我们),它就会继续静止不动。如果它以 20米每秒的速度向东移动,他就会继续以同一速度向东移动……
这超级油轮有很大的惯性。它:
- 很难加速
- 一开始移动就很难减速(要走很多千米才能停下)
- 很难改变方向
质量不喜欢任人摆布!
牛顿
为了纪念艾萨克·牛顿爵士,力的单位的名称是牛顿(简写 N)。
牛顿是使 1千克每秒改变速度1米每秒的力。
换句话说: | 每秒1千克改变 1米每秒的速度 | |
或: | 1千克改变 1米每秒每秒 | |
或: | 1千克米/秒/秒 |
两个 "/秒"(每秒)可以写成 "/秒2"(每二次方秒)所以:
1牛顿是 1kg m/s2(1千克米/秒2、千克米每二次方秒)
例子:重 2000千克的汽车在 5秒里从 0米每秒加速到 15米每秒。做成这个加速度的平均力是多少?
加速度是 5秒内改变了 15米每秒,即是 15米每秒 5秒 = 3米每秒 秒 = 3米/秒2
现在我们求力度:
F = ma
F = 2000千克 × 3米/秒2
F = 6000千克米/秒2
F = 6000牛顿
F = 6千牛顿
力度是 6kN(6千牛顿)。
力是相互的作用
艾萨克·牛顿说(牛顿第三运动定律):
"To every action there is always opposed an equal reaction"
翻译成中文就是: "每个作用力都有相同及相反的反作用力"
他给了这个例子:
"如果你用手指按着石头,石头也在按着你的手指。"
矢量
力有大小和方向。 所以力是矢量:
加速度也有大小和方向。 所以加速度也是矢量。
计算
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相对
注意:当我们说一个物体是 "静止" 的或 "以 4米每秒的速度在移动"的,我们通常都忘了说 "相对于我" 或 "相对与地上"等等。
细心想想:你真的静止吗?你在地球上,地球每天自传 40,075千米(大约 1675千米每小时或 465米每秒),而同时也环绕着太阳以 100,000千米每小时的速度运行。不止如此,太阳自己也在银河里移动。
都是相对的!
总括
- 力是推或拉
- 在物体上的里可以是平衡或不平衡的
- 不平衡的力导致物体加速
- 力越大,加速度越大
- 质量越大,加速度越小(惯性)
- "每个作用力都有相同及相反的反作用力"
牛顿三定律
在公元 1687年,牛顿写下关于运动的三个定律。简单地说,这三个定律是:
- 第一定律:惯性(改变物体的速度需要力)
- 第二定律:F = ma
- 第三定律:每个作用力都有相同及相反的反作用力