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文檔簡介
1、牛頓第三運動定律兩個物體之間的作用力和反作用力,在同一直線上,大小相等而方向相反。(當一個物體對第二個物體施加一個力,那第二個物體對第一個物體施加一個大小相等方向相反的力。)牛頓第三運動定律用鐵錘釘釘子。數學表達式:注意:1.作用力與反作用力同生同滅。2.作用力與反作用力分別作用于兩個不同的物體,各產生其效果。3.作用力與反作用力性質相同。例題米開朗基羅的助手被安排了一項工作,就是用雪橇拉回一塊大理石(圖4-12)。他對他的老板說,“當我對雪橇施加一個向前的力時,雪橇就會施加一個大小相等方向相反的向后的力。因此我怎么可能拉動它呢?無論我用多大的力氣去拉,向后的反作用力都會跟我向前的力相等,因此
2、合外力一定是零。我永遠也不可能拉得動它的。”他說的對么? 解答: 不對。 雖然作用力和反作用力的大小是相等的,但是它們是作用在不同的物體上的。要判斷助手是否可以拉動冰塊,必須只考慮助手身上的所有受力。在這里助手受到兩個力地面對助手施加的水平方向的摩擦力 (他向后蹬地面的力越大,地面給他的向前的摩擦力就越大牛頓第三定律),和雪橇對助手施加的向后的拉力 。如果他向后蹬地的力量足夠大,地面對他施加的摩擦力 就可以大于雪橇向后拉他的力 ,他就可以獲得向前的加速度了(牛頓第二定律)。當助手對雪橇的向前的拉力大于地面給雪橇的摩擦力,雪橇就可以向前加速了。圖4-13 例題4-5 助手水平方向上的受力。在國際
3、單位制中,使用向下的重力加速度 ,物體所受的重力 可以寫為: 力的方向豎直向下指向地心。物體所受的重力的大小為mg,通常被叫做物體的重量。注意:質量為1.00kg的物體在地球上重9.8N 。在月球或其他星球上,一個給定質量的物體的重量與在地球上的重量是不同的。例如,在月球上重力加速度是地球上的六分之一,質量為1.0kg的物體的重量就只有1.6N。Little Story 從前,有這樣一件事:一個商人向荷蘭漁民購入5000噸青魚,裝在船上,從荷蘭一個城市運到靠近赤道的非洲城市馬加的海港去。到了那里,一過磅,發現青魚少了將近19噸。奇怪!到哪里去了呢?被偷走是不可能的,因為輪船沿途并沒有靠過岸。
4、當時大家都無法揭開這個秘密,現在我們終于知道它的原因了:由于地球是稍帶橢圓的,它的南北極的半徑要比赤道半徑小20公里。半徑越小,吸引力越大;反之亦然。但是重力只是引力的一個分量,是非向心的那個分量,而稱重的時候實際上是測量重力大小。在荷蘭的五千噸青魚,運到靠近赤道時,青魚的就自然變“輕”了。分析靜止在桌子上的物體:物體靜止合外力為零重力 豎直向下桌子對它有一個向上的力,如圖所示。物體下面的桌子被擠壓,由于桌子的彈性,它要恢復原有形狀需要向上推舉物體。這個由桌子施加的力通常稱作接觸力,因為它發生在兩個物體接觸的時候。當接觸力作用在垂直于接觸面的方向時,又被叫做正壓力(normal force)在
5、圖中標記為 。如果你用手來按壓該物體,圖中所示的力會怎么變化?有哪些是不變的?例失重現象一位體重65kg的女士站在向下運動的電梯里,電梯加速度約為0.20g,豎直向下。如果她站在一個彈簧秤上讀取示數。(a)在這個加速過程中,她的重量是多少?秤上的讀數是多少? (b)如果電梯以2.0m/s的速度勻速下降,秤上的讀數是多少?解題思路:首先作出受力分析(研究對象為這位女士)。加速度的方向向下,因此我們可以選取該方向為正方向。解:我們可以解出 ,方向向上。 這是秤施加給人的力,與人施加給秤的力大小相等方向相反:女士的重量(重力)仍然是但是秤只要給她施加0.80mg的力,因此讀數是0.80m=52kg。
6、(b)現在沒有了加速度,a=0, 因此根據牛頓第二定律, 秤上讀取的是她的質量65kg。注意:(a)中體秤給出的讀數是52kg(稱作“視重”),但是她的質量并沒有因為加速度而發生變化,仍然是65kg。例 力矢量相加 計算圖中工人A和B對小船施加的力的合力。解題思路:我們采用第三章中矢量合成的方法來計算力矢量的相加。第一步是選擇一個xy直角坐標系,然后將它們進行分解。 例題 一個冰球在摩擦力忽略不計的水平冰面上勻速滑行。以下哪個是對冰球作出正確的受力分析?如果冰球停下來呢?解答:(b)是正確的。冰球在冰面上以恒定的速度滑行,合外力為零。解決問題步驟牛頓定律;受力分析畫一個反應實際情況的草圖針對每
7、一個物體作受力分析進行必要的矢量分解/合成(牛頓第二定律涉及的是矢量,對于解決矢量問題,矢量分解的方法很重要。)針對每個物體在各方向上運用牛頓第二定律解方程或者方程組來獲得未知量注意:當我們只考慮物體平動時,物體上的所有受力可以看作作用在物體的中心,也就是說將物體看作一個質點。但是,如果涉及轉動或者靜力學,力的作用點就非常重要了,不可隨便移動。這類問題將在10、11、12章討論。 例 連接體 兩個盒子A和B,被一個輕質繩連接在一起,靜止在一個光滑(無摩擦)的水平桌面上。盒子的質量為12.0kg和10.0kg。一個40.0N的水平力 施加在10.0kg的盒子上,如圖所示。求(a)每個盒子的加速度(b)連接盒子的繩上張力。對兩個盒子分別作出受力分析列出牛頓運動方程解:(a)對盒子A 對盒子B,水平方向只有 ,因此 盒子是連起來的,如果繩子是拉緊的且沒有拉伸,那么兩個盒子具有相同的加速度。因此 兩式相加 (b)從盒子B的等式( ),可以解出繩子的張力:另一種解答:將兩盒子看成一個整體,它只受到水平方向的力 ,這樣可以獲
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