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什么是惯性,以我们以前学过的知识去解释,惯性是把物体在没有受到外力时,能够保持静止或做匀速直线运动的性质称之为惯性,但是,惯性解释不了运动的物体是如何运动的?为什么能够运动?即使在理想的平面上若要物体运动,也必须使物体受到力的作用。
如图1所示:设在一斜面上有a、b、c等若干个点,在每一个点上有一理想的平面,若让一小球从a点出发,我们可以设想到小球在a点的平面上保持静止,当小球到达b点的平面上时小球做匀速直线运动的速度较小,当小球到达c点的平面上时,小球做匀速直线运动的速度则较大,从图1中可以观察到,静止,并不是小球(物体)固有的属性,而应当说是它习惯了的一种性质,既如此,对物体被认为具有惯性的实验又如何去解释呢?如把若干个棋子摞在一起,用细棍用力敲击最下层的一块棋子,可以看到,下层的一块棋子飞出,其余棋子从原处落下,这是因为在用力敲击下层的一块棋子时,所用的力远远超越了棋子与棋子之间的摩擦力,这就形成了作用力与反作用力的效应,故其他棋子可从原处落下,如客车里的乘客,当客车徐徐开动时,(在系列摩擦力的作用下如脚与车厢之间的摩擦等)会感到有后倾之感,如此,乘客会受到牵引力的作用,到达目的地,刹车时,由于客车的牵引力可与摩擦力形成作用力与反作用力的效应,故乘客会向前倾去……
若让一个小球从某一斜面上往下运动,则小球未运动时有一定的势能,然后在它本身重力的作用下,将势能转化为力的形式--动量,随着势能的不断减小,动量在不断增加,小球到达理想的平面时,就做匀速直线运动,若把这一平面与另一斜面联结起来,使其水平面的夹角与第一斜面的倾角相等,则小球也能够升高到原来的高度,即能量守恒,若减小第二个斜面的倾角,则小球要升高到原来的高度,就得通过更长的距离,如果没有第二个斜面,则小球会一直做匀速直线运动。
如果使第一斜面的倾角为零,只有理想的水平面,则小球要以原来的速度匀速运动,就必须对小球施加和原来产生相应效力的动力,若要小球停止运动,则必须对小球施加与原来动力相当大小的阻力,即F动=F阻,如图2所示。
通过上述说明可知物体之所以能够在理想平面上运动,是因为物体所受的力不会转化为其他能量,而是以力的形式--动量存在,因此,我们在这里应该得到F1=mv,即用动量表示力。由此,我们也可以得到结论,物体受到能够维持它运动的力时就运动;如果停止力的作用或使物体受力小于维持它运动所需力,物体就静止,但是,若要停止维持物体运动的力,也必须使物体受到阻力的作用。
根据F=ma=■知,力的大小应该用动量变化的快慢来度量,但在F=ma中,当这三者之间的关系一定时,它是随着时间t的改变而变化的,因此,在F=ma中,并不能完全用动量变化的快慢来量度力,若要用动量变化的快慢来量度力,则必有F2=mat,即随着时间t的变化,力F也在变化。
如图3所示,一个砝码通过滑轮在桌面上拉着小车做匀加速运动,在这个实验中,若增加砝码的质量可使小车做匀加速运动的加速度变大,增加小车的质量,可使小车做匀加速运动的加速度变小,在这个实验中,我们首先应该认定小车在不断地受力,受到规律性的砝码力,因此,可以得到结论:物体所受不断的有规律的作用力跟物体的匀加速运动成正比,跟物体的质量成反比,同理可得,物体的加速度跟物体(不断)的所受力之比成正比,跟物体的质量之比成反比:
例.一质量为0.5kg的物体,以6m/s的速度做匀速运动,则这一物体的所受力的多少?当一个质量为0.5kg的物体,不断地受到1N的作用力时,在3.0S时所受的合力又为多少?此时,它的末速为多少?(不计摩擦阻力)
解析:已知m=0.5kg v=6m/s
得 F1=mv=0.5kg×6m=3N
已知m=0.5kg,规律性作用力f=1N,t=3.0s
则F2=mat=m·■·t=0.5kg×■×3.0s=3N
物体在3.0s的末速为
V2=at=■·t=■×3.0s=6m/s
从速度与末速的关系,可以得出 ,因此,力是能的一种表现形式,它不会凭空产生,也不会凭空消失,1N的力只能产生与其相应的量,而不能产生一个无限量的量,即1N=1kg·m/s。
在F=mat中,只有当t=1时,则有F=ma,而又在Vt=at中,也只有当t=1时即1.0s,则有Vt1=at1=S,而利用S=■at2计算则有■s,故此S=■at2不成立(见2011年第五期文苑杂志48页)。即当t=1时,则有F=ma=mV,由此,从它们的关系中可知,力不仅是维持物体运动即维持物体速度的原因,也是改变物体运动即改变物体速度的原因。
如图4所示。图4是在天花板上悬挂着来回摆动的两颗钢球,如没有介质阻力,会永不停休的摆动下去,这种摆动形式,在英国皇家物体协会中被学者定论为弹性碰撞,但笔者认为这种摆动形式并非弹性碰撞,所谓弹性者,在它们之间碰撞的过程中,可以驱使小球与小球发生型变,在型变的过程中会有热的产生,放出能量,如此,它的摆动形式会发生改变,逐渐减弱,最终会静止下来,但是,这种形式的摆动,它确是永恒的。
既不是弹性碰撞,为什么它却永无静止的摆动下去呢?试分析,当小球在a点时,它所具有的势能最大,在摆动时,随着势能的不断减小,而它的动量在不断增大,当小球到达b点时,势能为零,动量最大,由于b点和c点是同一平行线,所以,b点的能量能够传递于c点,c点的小球在摆动的过程中,会有势能的产生,这样,它的势能会逐渐增大,动量会逐渐减小,在d点时,小球的势能最大,动量为零,如此往返,它会永不停休的摆动下去,如果把它的摆动形式(轨迹)用线断连接起来,就会发现和图2小球沿斜面而运动的形式是非常相似的,根据图2的解释,我们把这样的摆动形式应当定论为力的完全传递。
参考文献:
1.陕西版中学物理教学参考.2010.12增刊
2.朱建国.对牛顿运动定律的探讨
如图1所示:设在一斜面上有a、b、c等若干个点,在每一个点上有一理想的平面,若让一小球从a点出发,我们可以设想到小球在a点的平面上保持静止,当小球到达b点的平面上时小球做匀速直线运动的速度较小,当小球到达c点的平面上时,小球做匀速直线运动的速度则较大,从图1中可以观察到,静止,并不是小球(物体)固有的属性,而应当说是它习惯了的一种性质,既如此,对物体被认为具有惯性的实验又如何去解释呢?如把若干个棋子摞在一起,用细棍用力敲击最下层的一块棋子,可以看到,下层的一块棋子飞出,其余棋子从原处落下,这是因为在用力敲击下层的一块棋子时,所用的力远远超越了棋子与棋子之间的摩擦力,这就形成了作用力与反作用力的效应,故其他棋子可从原处落下,如客车里的乘客,当客车徐徐开动时,(在系列摩擦力的作用下如脚与车厢之间的摩擦等)会感到有后倾之感,如此,乘客会受到牵引力的作用,到达目的地,刹车时,由于客车的牵引力可与摩擦力形成作用力与反作用力的效应,故乘客会向前倾去……
若让一个小球从某一斜面上往下运动,则小球未运动时有一定的势能,然后在它本身重力的作用下,将势能转化为力的形式--动量,随着势能的不断减小,动量在不断增加,小球到达理想的平面时,就做匀速直线运动,若把这一平面与另一斜面联结起来,使其水平面的夹角与第一斜面的倾角相等,则小球也能够升高到原来的高度,即能量守恒,若减小第二个斜面的倾角,则小球要升高到原来的高度,就得通过更长的距离,如果没有第二个斜面,则小球会一直做匀速直线运动。
如果使第一斜面的倾角为零,只有理想的水平面,则小球要以原来的速度匀速运动,就必须对小球施加和原来产生相应效力的动力,若要小球停止运动,则必须对小球施加与原来动力相当大小的阻力,即F动=F阻,如图2所示。
通过上述说明可知物体之所以能够在理想平面上运动,是因为物体所受的力不会转化为其他能量,而是以力的形式--动量存在,因此,我们在这里应该得到F1=mv,即用动量表示力。由此,我们也可以得到结论,物体受到能够维持它运动的力时就运动;如果停止力的作用或使物体受力小于维持它运动所需力,物体就静止,但是,若要停止维持物体运动的力,也必须使物体受到阻力的作用。
根据F=ma=■知,力的大小应该用动量变化的快慢来度量,但在F=ma中,当这三者之间的关系一定时,它是随着时间t的改变而变化的,因此,在F=ma中,并不能完全用动量变化的快慢来量度力,若要用动量变化的快慢来量度力,则必有F2=mat,即随着时间t的变化,力F也在变化。
如图3所示,一个砝码通过滑轮在桌面上拉着小车做匀加速运动,在这个实验中,若增加砝码的质量可使小车做匀加速运动的加速度变大,增加小车的质量,可使小车做匀加速运动的加速度变小,在这个实验中,我们首先应该认定小车在不断地受力,受到规律性的砝码力,因此,可以得到结论:物体所受不断的有规律的作用力跟物体的匀加速运动成正比,跟物体的质量成反比,同理可得,物体的加速度跟物体(不断)的所受力之比成正比,跟物体的质量之比成反比:
例.一质量为0.5kg的物体,以6m/s的速度做匀速运动,则这一物体的所受力的多少?当一个质量为0.5kg的物体,不断地受到1N的作用力时,在3.0S时所受的合力又为多少?此时,它的末速为多少?(不计摩擦阻力)
解析:已知m=0.5kg v=6m/s
得 F1=mv=0.5kg×6m=3N
已知m=0.5kg,规律性作用力f=1N,t=3.0s
则F2=mat=m·■·t=0.5kg×■×3.0s=3N
物体在3.0s的末速为
V2=at=■·t=■×3.0s=6m/s
从速度与末速的关系,可以得出 ,因此,力是能的一种表现形式,它不会凭空产生,也不会凭空消失,1N的力只能产生与其相应的量,而不能产生一个无限量的量,即1N=1kg·m/s。
在F=mat中,只有当t=1时,则有F=ma,而又在Vt=at中,也只有当t=1时即1.0s,则有Vt1=at1=S,而利用S=■at2计算则有■s,故此S=■at2不成立(见2011年第五期文苑杂志48页)。即当t=1时,则有F=ma=mV,由此,从它们的关系中可知,力不仅是维持物体运动即维持物体速度的原因,也是改变物体运动即改变物体速度的原因。
如图4所示。图4是在天花板上悬挂着来回摆动的两颗钢球,如没有介质阻力,会永不停休的摆动下去,这种摆动形式,在英国皇家物体协会中被学者定论为弹性碰撞,但笔者认为这种摆动形式并非弹性碰撞,所谓弹性者,在它们之间碰撞的过程中,可以驱使小球与小球发生型变,在型变的过程中会有热的产生,放出能量,如此,它的摆动形式会发生改变,逐渐减弱,最终会静止下来,但是,这种形式的摆动,它确是永恒的。
既不是弹性碰撞,为什么它却永无静止的摆动下去呢?试分析,当小球在a点时,它所具有的势能最大,在摆动时,随着势能的不断减小,而它的动量在不断增大,当小球到达b点时,势能为零,动量最大,由于b点和c点是同一平行线,所以,b点的能量能够传递于c点,c点的小球在摆动的过程中,会有势能的产生,这样,它的势能会逐渐增大,动量会逐渐减小,在d点时,小球的势能最大,动量为零,如此往返,它会永不停休的摆动下去,如果把它的摆动形式(轨迹)用线断连接起来,就会发现和图2小球沿斜面而运动的形式是非常相似的,根据图2的解释,我们把这样的摆动形式应当定论为力的完全传递。
参考文献:
1.陕西版中学物理教学参考.2010.12增刊
2.朱建国.对牛顿运动定律的探讨