力与运动
力分为推力和拉力,它可以改变物体的形状和原来的运动状态。有些力只有在物体相互接触时才可以表现出来,例如踢足球时的力。而另外一些力在物体之间有一定距离时才能表现出来,例如引力和磁力。力总是成对出现的,两个大小相等、方向相反、沿同一直线相互作用的物体间的力,我们称之为作用力与反作用力。当你推墙时,墙同时也会推你,否则你的手会穿透墙壁。自然界中力的主要类型为:重力、电磁力以及核力和强核力。
知识窗→重力与惯性
与其他的力相同,重力也可以使物体改变速度。靠近地球表面的物体在下落时会获得每秒9.8米的速度,这被称为重力加速度,用g表示。
物体具有保持原有运动状态或静止状态的性质,物体的质量越大,要改变它原有的状态所需的作用力就越强。这种现象被称为惯性。
过山车
过山车没有发动机。在重力的作用下过山车获得一个初始速度,开始自高处下滑,速度变得越来越大,当到达斜坡的最底部时速度最大,这个速度足以使车体冲上第二个斜坡。物体这种保持原来运动状态的性质被称为惯性。
自由落体
牛顿发现,物体在下落时总是落向地面而非“落”向空中,经过研究,他提出了著名的“万有引力定律”。该理论的提出出乎所有人的意料:物体下落是由于重力的作用引起的,而重力则是由于地球吸引而使物体受到的力。宇宙中的物体都会受到重力的作用,不管物体多么微小,都竭力给其他物体施加这一引力。这种引力的大小取决于物质的质量,质量越大的物体受到的重力也越大。物体若被分成几个部分,这种引力就会变小。
炮弹需要火药施加的强大的作用力才能得到它所需要的加速度。
功、力和负荷
功、力和负荷在物理中是很重要的概念,尤其是与那些移动物体的机械联系的时候显得尤为重要。负荷是指移动物体的质量,以千克来衡量;力是指移动物体时所施加的作用,用牛顿来衡量;功描述的是力使负荷沿力的方向发生的位移。在公制单位中,功的单位是焦耳,1焦耳是指作用在物体上的1牛顿的力持续1米的位移产生的能量。1焦耳等于1牛顿·米。
牛顿三大运动定律
17世纪末期,艾萨克·牛顿通过总结力和运动的关系得出三大定律:
第一定律:力只会改变物体的运动状态(改变速度大小或者方向)。
第二定律:加速度与力的大小成正比,与物体的质量成反比。
第三定律:两个物体之间的作用力与反作用力在同一直线上,大小相等,方向相反。
这三大定律是研究经典力学的基础,不管是踢出的足球还是飞行的太空船都可以用这三大定律来解释。
知识窗→能的转化
能既不能被创造,也不能被消灭,只能从一个物体转移到另一个物体。因此不管宇宙中的物质以什么形式存在,其能的总量是不变的。
英国科学家詹姆斯·焦耳是最早认识到做功会产生热以及热是能的一种形式的科学家之一。有一次他发现瀑布底部的水比顶部的热,从而通过实验证明下落的水的势能或动能部分转化成了热能。