高中物理/力與運動/常見的作用力

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重力[編輯]

蘋果樹上的蘋果為什麼回落下來?為什麼你跳得再高還得回到地面上?這一切司空見慣,看似平常的現象,其實都是重力引起的。

什麼是重力[編輯]

定義:物體由於地球的吸引而受到的力,叫做重力。

地面上的一切物體都受到重力,在地面上同一點,重力對任何物體產生恆定的加速度,叫做重力加速度,符號一般為""。由牛頓第二定律我們可以知道,重力(一般記作"G")的大小應當與物體的質量m成正比,用關係式表示。

重力加速度的大小[編輯]

在一般的計算中,重力加速度g取,如果精度要求不是很高,出於計算簡便的考慮,取為

然而實際上,重力加速度在各個地區有微小的差異。緯度越高,重力加速度越大,因此南北極的重力加速度最大,赤道的重力加速度最小,原因一方面在於地球的形狀是「扁平」的,兩級離地心比較近;另一方面,則是由於地球自轉需要向心力,「抵消」了一部分萬有引力(稍後章節會有詳細介紹)。

另一方面,海拔越高,重力加速度越小,這很容易理解——海拔越高,你離地球越遠,受到地球的束縛自然就變小了——事實上,學完萬有引力,你還可以計算出地球上某一海拔處的重力加速度。

重力的方向[編輯]

我們規定重力的方向也即是「豎直向下」的方向,因為重力的方向也即是物體自由下落的方向,注意「豎直向下」和「垂直向下」並不相同,考慮你如果站在一個斜坡上的話,這種差別是非常明顯的。即使將地球視作正球體,嚴格來說,重力也並不指向地心(至於原因,實際上......也是由於那個神秘的「向心力」)。

自由落體運動[編輯]

「自由落體」一個非常常見的名詞,舉個例子說,如果你現在從窗戶上跳下去,那你的運動就可近似看成自由落體運動(可別真跳啊~~)。不過,若是將羽毛從窗戶上扔下去,情況顯然並不相同,那片羽毛會緩緩地飄啊飄啊飄,最後輕輕地落在地上。

這是怎麼回事呢?根據之前學習的內容,我們知道,自由下落的人和羽毛由於重力產生的加速度都是g,不應當呈現出不同的運動狀態。實際上,秘密就在於我們周邊一種無所不在的物質——空氣。羽毛不僅密度小,而且其特殊的形狀可以加強空氣對它下落的阻礙,因此,羽毛的下落時的加速度是很小的。後來,人們在真空做實驗,羽毛果然與其它物體下落得一樣快了。

說到這裡,不得不提起提古希臘的一位先哲,那就是亞里士多德,這個人雖然哲學的思辨水平很高,但在自然科學的各個方面都犯下了嚴重的錯誤——比方說,之前提到過的「力是維持物體運動的原因」就是他的觀點,這裡,他又提出過「輕的物體下落得慢,重的物體下落得快」的理論,而且這些理論對於後來人們的研究也造成過不利的影響。

好啦,不多說廢話了。定義:物體由靜止開始,僅在重力作用下發生的運動叫做自由落體運動。

注意哦,不是說物體只受重力運動就叫自由落體運動,比方說你把一個球上拋,拋出之後它也只受重力......物體必須得是由靜止開始運動。另外,對於「僅受重力」的理解可以寬鬆一些,好比說在空氣中,哪怕是運動的鉛球也是受空氣的浮力和阻力的,只不過由於鉛球很沉,這種影響可以忽略不計,我們仍然認為物體在做自由落體運動。

萬有引力[編輯]

任何兩個物體之間都存在這種吸引作用。物體之間的這種吸引作用普遍存在於宇宙萬物之間,稱為萬有引力。

彈性力[編輯]

 彈性物體因外力產生形變後的恢復力,彈性力不適用存在範性形變的物體。

摩擦力[編輯]

兩個互相接觸的物體,當它們發生相對運動或有相對運動趨勢時,就會在接觸面上產生一種阻礙相對運動的力,這種力就叫做摩擦力。摩擦力在本質上是由電磁力引起的。 條件: 1.兩物體相互接觸. 2.兩物體相互擠壓,發生形變,有彈力. 3.兩物體發生相對運動或相對趨勢. 4.兩接觸面不光滑. 四個條件缺一不可。 摩擦力分為:

  • 滑動摩擦力
  • 靜摩擦力
  • 滾動摩擦力