物理力學(xué)-力的概念

力的概念

————高中物理寧化一中：楊瑞雄力是物體間的相互作用

一個(gè)物體受到力的作用，一定有另外的物體施加這種作用.前者是受力物體，后者是施力物體.只要有力發(fā)生，就一定有受力物體和施力物體.有時(shí)為了方便，只說物體受到了力，而沒有指明施力物體，但施力物體一定是存在的.力的大小力的大小可以用測力計(jì)（彈簧秤）來測量.在國際單位制中，力的單位是牛頓，簡稱牛，符號是N.能夠影響力的作用效果的因素有力的大小，力的方向,還有力的作用點(diǎn).力的大小、方向、作用點(diǎn)叫做力的三要素.力的圖示力可以用一根帶箭頭的線段來表示.線段是按一定比例（標(biāo)度）畫出的，它的長短表示力的大小，它的指向表示力的方向，箭頭或箭尾表示力的作用點(diǎn)，力的方向所沿的直線叫做力的作用線.這種表示力的方法，叫做力的圖示.圖中的力的圖示表示作用在小車上的力為，方向.有時(shí)只需要畫出力的示意圖，即只在圖中畫出力的方向，表示物體在這個(gè)方向上受到了力.100N水平向左力的種類

各種力可以用兩種不同的方法來分類.一種是根據(jù)力的性質(zhì)來分類的，如重力、彈力、摩擦力、分子力、電磁力等等；另一種是根據(jù)力的效果來分類的，如拉力、壓力、支持力、動(dòng)力、阻力等等.今后我們還會遇到根據(jù)效果來命名的力的名稱.力學(xué)中經(jīng)常遇到的有重力、彈力、摩擦力.地球上一切物體都受到地球的吸引，這種由于地球的吸引而使物體受到的力叫做重力.一個(gè)物體受到10N的重力，也可以說這個(gè)物體的重量是10N.重力的大小可以用彈簧秤測出.物體靜止時(shí)對彈簧秤的拉力（圖甲）或壓力（圖乙），大小等于物體受到的重力.用懸繩掛著的靜止物體，用靜止的水平支持物支持的物體，對豎直懸繩的拉力或?qū)λ街С治锏膲毫?，大小等于物體受到的重力.在已知物體質(zhì)量的情況下，重力的大小可以根據(jù)關(guān)系式G=mg計(jì)算出來，式中g(shù)=9.8N/kg，表示質(zhì)量是1kg的物體受到的重力是9.8N.重力不但有大小，而且有方向.懸掛物體的繩子靜止時(shí)總是豎直下垂的，由靜止開始落向地面的物體總是豎直下落的，可見重力的方向是豎直向下的.一個(gè)物體的各部分都要受到重力的作用。從效果上看，我們可以認(rèn)為各部分受到的重力作用集中于一點(diǎn)，這一點(diǎn)叫做物體的重心.重心質(zhì)量均勻分布的物體（均勻物體），重心的位置只跟物體的形狀有關(guān).有規(guī)則形狀的均勻物體，它的重心就在幾何中心上.例如，均勻直棒的重心在棒的中點(diǎn)，均勻球體的重心在球心，均勻圓柱的重心在軸線的中點(diǎn).質(zhì)量分布不均勻的物體，重心的位置除跟物體的形狀有關(guān)外，還跟物體內(nèi)質(zhì)量的分布有關(guān)。載重汽車的重心隨著裝貨多少和裝載位置而變化.起重機(jī)的重心隨著提升物的重量和高度而變化.不規(guī)則薄板的重心位置可以用懸掛法求出.返回被拉長或被壓縮的彈簧對跟它接觸的小車產(chǎn)生力的作用，可以使小車運(yùn)動(dòng)起來.被彎曲的細(xì)木棍或細(xì)竹竿對跟它接觸的圓木產(chǎn)生力的作用，可以把圓木推開.發(fā)生彎曲的跳板對跟它接觸的運(yùn)動(dòng)員產(chǎn)生力的作用，可以把運(yùn)動(dòng)員彈起來.物體的伸長、縮短、彎曲等等，總之物體的形狀或體積的改變，叫做形變.上面的例子說明，發(fā)生形變的物體，由于要恢復(fù)原狀，對跟它接觸的物體會產(chǎn)生力的作用,這種力叫彈力.地球?qū)ξ矬w產(chǎn)生重力，并不需要地球和物體直接接觸。彈力則不同，彈力產(chǎn)生在直接接觸并發(fā)生形變的物體之間放在水平桌面上的書，由于重力的作用而壓迫桌面，使書和桌面同時(shí)發(fā)生微小的形變.書由于發(fā)生微小的形變，對桌面產(chǎn)生垂直于桌面向下的彈力F1，這就是書對桌面的壓力；桌面由于發(fā)生微小的形變，對書產(chǎn)生垂直于書面向上的彈力F2，這就是桌面對書的支持力.靜止地放在傾斜木板上的書，由于重力的作用也壓迫木板，它們都發(fā)生微小形變，致使書對木板有垂直于木板斜向下方的壓力F1，木板對書有垂直于書面斜向上方的支持力F2.可見，通常所說的壓力和支持力都是彈力.壓力的方向總是垂直于支持面而指向被壓的物體，支持力的方向總是垂直于支持面而指向被支持的物體.掛在撇電線摔下面忽的電郵燈，壺由于線重力副的作序用而鄭拉緊癢電線就，使請電燈顆和電值線同推時(shí)發(fā)呀生微茶小的爪形變.電燈分由于殼發(fā)生毀微小穿的形短變，削對電刊線產(chǎn)丘生豎顧直向積下的淋彈力F1，這窮就是室電燈暖對電珠線的挎拉力憲；電螞線由盤于發(fā)饞生微嫂小的飲形變放，對自電燈吐產(chǎn)生浴豎直印向上戶的彈滔力F2，這秧就是褲電線工對電防燈的背拉力.可見紐奉，通衡常所潛說的掀拉力螞也是胳彈力辣，繩的壺拉力煎是繩漠對所權(quán)拉物啊體的課彈力綱，方猶向總禽是沿輩著繩遣而指軟向繩及收縮閥的方撐向.胡克馳定律彈力氧的大公小跟省形變擊的大杏小有葛關(guān)系裂，形顯變越離大，代彈力閉也越武大，梁形變?nèi)缦牛瑥棙屃湍碾S著歐消失.對于拉伸始形變（或壓縮的形變）來哄說，卸伸長們（或難縮短姨）的疏長度職越大允，產(chǎn)魔生的怕彈力瓜就越注大.例如錄彈簧秘伸長喪或縮胸短的稱長度昏越大快，彈臣力就固越大.對于彎曲譯形變來說豆，彎幅曲得回越厲請害，山產(chǎn)生抓的彈伴力就杯越大.把弓攜拉得扔越滿再，箭被就射須出得除越遠(yuǎn).用力駝扭橫楊桿，刑可以因使金岸屬絲孫發(fā)生扭轉(zhuǎn)唯形變.扭轉(zhuǎn)丸得越鍬厲害較，產(chǎn)俊生的輸彈力弟就越桐大.把一牲根彈揀簧懸標(biāo)掛起慨來，苗下面午掛上兔砝碼啊，量認(rèn)出彈僵簧伸賤長的您長度.然后峽分別堪掛上碎兩個(gè)瘡、三捉個(gè)、荒四個(gè)守相同媽的砝償碼，逼并分弱別量異出彈顫簧伸竟長的旺長度.彈簧崗的彈使力跟坊砝碼善所受閉的重答力大憶小相純等，登由此謠可知達(dá)，彈曬簧的捎彈力清跟彈卷簧伸豪長的功長度坐的關(guān)基系.若在俘彈簧陸的上咳面放芝砝碼芹，同槽樣可奏以知吼道，刺彈簧怪的彈舒力跟柄彈簧營縮短靠的長鏈度的乏關(guān)系.實(shí)驗(yàn)濃表明模：彈倉簧彈僻力F的大鼠小跟燙彈簧哥伸長餓（或肺縮短爆）的禮長度x成正比比.寫成篩公式粱就是F=除kx.這個(gè)蘿規(guī)律惠是英蒸國科敗學(xué)家嗓胡克鄙發(fā)現(xiàn)兄的，遷叫做胡克煤定律.式中k是比侄例常作數(shù)，陣叫做樸彈簧泡的勁度橡系數(shù)，簡睡稱為勁度.勁度胸是一丘個(gè)有唯單位今的量.在國藥際單家位制胃中，F(xiàn)的單竹位是N，x的單揉位是m，k的單掘位是N/澤m.勁度起在數(shù)咳值上勸等于采彈簧輔伸長竹（或夫縮短爐）單蔑位長柴度時(shí)衰的彈瞎力.不同困的彈斷簧，職勁度尚并不蠅相同.彈簧微的勁沿度跟釀彈簧麥的長明度、閣彈簧剃的材圖料、偵彈簧扛絲的旁粗細(xì)助等有弟關(guān)系渡，彈膚簧絲盆粗的拉硬彈叔簧比舟彈簧中絲細(xì)叔的軟唐彈簧尺的勁父度大.胡克齡定律妖有它剪的適糊用范導(dǎo)圍.物體降的形灣變過練大，阻超出統(tǒng)一定庸限度孟時(shí)，獎(jiǎng)即使卸撤去趣外力贊，物匯體也壺不能臨完全膝恢復(fù)鉗原狀噸，這嫌個(gè)限敏度叫牧做彈性別限度.胡克皺定律橋在彈貢性限輩度內(nèi)瞧適用.彈性麗限度疑內(nèi)的臨形變仰叫做彈性負(fù)形變.返回滑動(dòng)婆摩擦摩擦標(biāo)力也胡是在族兩個(gè)攔互相敵接觸椅的物富體之飲間產(chǎn)凡生的擋。一基個(gè)物渡體在醋另一答個(gè)物聰體表扁面上宣相對率于另夾一個(gè)酷物體法滑動(dòng)摩的時(shí)穴候，匙要受躁到另昆一個(gè)肆物體貢阻礙鵲它相對出滑動(dòng)的力浴，這自種力麗叫做滑動(dòng)當(dāng)摩擦莊力.其中μ是比忽例常討數(shù)，陡叫做動(dòng)摩默擦因術(shù)數(shù)，它減的數(shù)齊值跟嫁相互零接觸著的兩功個(gè)物遞體的麗材料葵有關(guān)禾，材血料不歇同，靠兩物毀體之盡間的肅動(dòng)摩河擦因隸數(shù)也縮慧不同.動(dòng)摩笑擦因攜數(shù)還間跟接征觸面企的情迅況（磨如粗濱糙程突度）轎有關(guān).在相擔(dān)同的敢壓力碌下，慎動(dòng)摩猜擦因揉數(shù)越孟大，乳滑動(dòng)劍摩擦暑力就蛛越大.動(dòng)摩剪擦因配數(shù)是況兩個(gè)啦力的瞧比值卡，沒撿有單童位.滑動(dòng)館摩擦圍力的顧方向傍總跟忘接觸由面相坡切，狡并且肆跟物避體的弊相對寺運(yùn)動(dòng)蜜的方澤向相親反.實(shí)驗(yàn)社表明躁：滑內(nèi)動(dòng)摩概擦力損跟壓魄力成艙正比池，也牢就是垃跟一恭個(gè)物府體對喜另一在個(gè)物筋體表糊面的曾垂直催作用籌力成訓(xùn)正比.這叫疊做滑缺動(dòng)摩陪擦定誦律.用F表示迷滑動(dòng)烈摩擦湊力的路大小安，用FN表示堅(jiān)壓力著的大求小，內(nèi)那么F=μF耐N幾種藝材料肌間的渡動(dòng)摩鳴擦因桶數(shù)除了鏈滑動(dòng)棵摩擦天，還潤有滾芽動(dòng)摩姥擦.滾動(dòng)叼摩擦店是一督個(gè)物牛體在速另一特個(gè)物慮體表割面上家滾動(dòng)屈時(shí)產(chǎn)乒生的鈔摩擦.滾動(dòng)雪摩擦愛比滑椒動(dòng)摩字擦小膛得多蛇，滾治動(dòng)軸柿承就聾是利興用滾漏動(dòng)摩饅擦小魂的事輔實(shí)制假成的.【例題】在東槽北的御冬季艙伐木撲工作帳中，止許多捷伐下蕩的木梯料被償裝在斬雪橇側(cè)上，族用馬難拉著浴雪橇慌在冰腫道上圓滑行紗，將莫木料撞運(yùn)送良出去.一個(gè)抄有鋼悅制滑霉板的舞雪橇衛(wèi)，上鼓面裝脆著木嚷料，腔總重拴量為4.甲9×叼10苦4N斑.在水嚇平的植冰道廈上，爆馬要蛙在水框平方咐向用煤多大喊的力渴，才溝能夠邊拉著礙雪橇完勻速留前進(jìn)懇？分析雪橇像（包乓括木溉料）須在水量平方戒向受廣到兩缸個(gè)力維的作配用：路馬對原雪橇魔的拉跟力F1，冰索道對盟雪橇各的滑稱動(dòng)摩蠻擦力F2（分拘析雪簽橇的除受力看情況村）.在這塑兩個(gè)盞力的絮作用財(cái)下，球雪橇譜勻速厭前進(jìn)觀（明尸確雪機(jī)橇的賺運(yùn)動(dòng)摔情況鑰）.根據(jù)氣二力遲平衡智的條沉件,F收1和F2大小剪相等列，方昌向相蘋反，宰即F1騰=F撤2.滑動(dòng)春摩擦蜂力F2的大派小可螺以由敏滑動(dòng)虹摩擦虛定律F2歸=μFN求出.其中FN的大據(jù)小等牛于雪掉橇的賽總重辦量G，即FN=G；鋼屯和冰遙之間秩的動(dòng)士摩擦外因數(shù)μ的數(shù)不值可蘇在表潔中查碎出：μ=韻0.棕02嚼.重量G是已摸知的蛛，由呢此可漁求出F2，進(jìn)裙而求撿出馬便的拉蘭力F1貫.解答憑已爐知G=莊4.魄9×滾10賀4N，μ=伙0.公02，求糕拉力F1附.F1繁=F態(tài)2=μF懇N=μG.代入念數(shù)值恒得F1卵=0葡.0竭2×躍4.希9×標(biāo)10糠4N酷=琴98甘0N馬要丙在水距平方嫁向用98癢0N的力渾，才遲能夠倘拉著肯雪橇喝勻斃速前莊進(jìn).靜摩蒜擦我們枕用不姐大的銀水平栗力在傭水平莊地板財(cái)上推心箱子錯(cuò)，雖醒然箱犁子應(yīng)虛該沿剩著力鬧的方皂向運(yùn)初動(dòng)，副有相顯對于堂地板唉運(yùn)動(dòng)臂的趨宇勢，兆但箱蓄子并筆沒有徐動(dòng)，降就是仗因?yàn)樾严渥幽细赝舶逯扉g發(fā)素生了麥摩擦.這個(gè)