牛顿运动定律
做出了贡献牛顿运动定律年代trong>是三个可以被认为是经典力学基础的物理定律。它们描述了物体,作用在物体上的力,以及物体在这些力作用下的运动之间的关系。力是牛顿力学的基本原理。尽管它们并不总是思考世界的最简单的方法,但经典力学中的一切都可以从牛顿有关力和运动的基本原理中推导出来。
牛顿第一定律
第一定律的著名表述如下:
牛顿第一定律年代trong>说明所有运动的物体将保持运动状态,除非受到外力的作用。
换句话说,如果一个物体上没有力,那么它的运动状态就不会改变。因此,一个开始静止的物体将保持静止,除非它受到力的作用。也许最好用一个例子来说明:
Kimmi在风洞里:年代trong>
滑雪运动员基米站在风洞里测试她的新衣服的气流。有一股强风把她向后推,其力量是<年代pan class="katex">
合力年代trong>是作用在物体上的所有力的总和:
第一定律的一个推论是,如果一个物体在运动,它将保持匀速运动,除非受到合力的作用。数学上,我们说如果<年代pan class="katex">
部队
解决力学问题的第一步是确定所有相关的力。我们说一个有速度的物体<年代pan class="katex"> 在一个给定的方向上,会一直以这个速度移动<年代pan class="katex"> 在同一方向上,除非受到外界的影响:一种力的作用<年代pan class="katex"> .力是任何能使粒子改变速度或方向的东西,根据以恒定速度运动的观察者的判断。力的定义可能在第一定律的表述中最为明确:
牛顿第一定律年代trong>州<年代pan class="katex">
显然,根据惯性观察者的说法,力是引起物体速度发生可测量变化的东西。在这里,我们将清楚地描述我们可以指什么
如果测量是由一个以恒定速度运动的观测者进行的,我们称这个观测者为惯性观测者。我们也说他们坐在an
相比之下,坐在加速列车上的人是非惯性观察者。如果把一辆玩具车放在火车前面的地上,它(在列车员看来)就会向火车前面加速。然而,玩具车实际上并没有“移动”,而是火车正在向它加速!这种“测量”纯粹是观察者自身运动的结果,而不是由任何真实的力引起的。
因此,当确定力时,必须确定所考虑的坐标系是惯性的。
坐在火车上,以这种速度向北行驶的人<年代pan class="katex"> 相对于地面是一个惯性观测器。他们是要测量在列车外匀速移动的物体的运动吗<年代pan class="katex"> (比如蜂鸟),他们会同意所有其他惯性观察者的观点<年代pan class="katex">
惯性观察者
如果运动是由一个正在加速的观察者来测量的,他们就是一个非惯性观察者,他们可以观察到看起来是力作用的结果的运动,但实际上只是他们自身运动的人工制品。
一个向地球加速的跳伞者不是一个惯性观察者。如果让高空跳伞者测量一头一动不动地坐在地球表面上的大象的速度,他们会认为大象正在向他们加速吗<年代pan class="katex">
在加速的溜冰场上冰球:年代trong>
一个没有外力的加速例子是,在一辆皮卡后面,一个冰球放在一块冰上,从乘客的角度看,冰球似乎朝着卡车后面加速。冰球的加速度并不是真实存在的,而是一种幻觉,它产生于这样一个事实:乘客坐在一个加速的参考系(卡车)中,而不是一个力。
改变就是区别
速度测量与坐标系相关是可以的,因为牛顿定律不关心速度的绝对值,只关心速度的变化。另一方面,加速度是运动定律的核心。我们非常关心加速度的绝对值,而不仅仅是它的变化。
牛顿第二定律
根据第一定律,力<年代pan class="katex"> 会不会引起加速度<年代pan class="katex"> 所以我们希望它们之间有某种关系,也许直接类似于<年代pan class="katex">
一个循环的开始
如果我们检查力和质量的定义,它们似乎有点循环。
例如,我们对质量和力有以下两个定义:
1)年代trong>一个
力 有什么东西能加速质量物体吗<年代pan class="katex"> 根据<年代pan class="katex">2)年代trong>一个
对象 有质量<年代pan class="katex"> 如果它以这个速率加速<年代pan class="katex">
然而,这些定义为比较物体在不同影响下的行为提供了一种实用的方法,我们可以利用这一点建立一个关于物质运动的深刻理论。毕竟,物理学中的理论只有在与实验一致的情况下才有意义:所有模型都必须使自己容易受到实验验证的影响。因此,所有的模型都必须从一些无法证明的假设开始。
空客重载:年代trong>
在起飞过程中,一架喷气式客机通过将空气分子以一定速度通过发动机而从零加速到起飞速度<年代pan class="katex">
识别对象之间的相互作用
牛顿第三运动定律指出,在封闭系统中不存在不平衡的力,这相当于那个著名的寓言:
每一个作用力,都有一个大小相等且方向相反的反作用力。
这意味着,只要我们找到一个物体的力 地上的盒子:年代trong> 一个物体放在地上,有重量<年代pan class="katex">
没有比这更复杂的力对了,尽管这个故事通常被方便的简化复杂化了。
1.接近无限的质量年代trong> 2.字段年代trong>
一种是将质量极大的物体视为不可移动的物体。例如,一个朝着一个巨大物体(如地球)自由落体的物体似乎受到了地球引力的作用,但相反的作用却没有。在现实中,物体对地球施加的力完全相同。然而,由于地球的质量与物体的质量非常接近,所以对地球运动的影响是看不出来的。
另一个潜在的混淆来源是字段。当一个力经过一段距离时,形成一个场是有用的。例如,在地球之上,通常将重力表示为一个强度场<年代pan class="katex">
牛顿第三定律
牛顿第三运动定律表达了一个关于力的简单事实:力描述了物体之间的相互作用。换句话说,力不能作用于任何东西。这对于相互作用的物体之间的力意味着什么?
漂浮在自由空间中的两个物体:年代trong>
描述两个物体相互作用的力必须被彼此完美地平衡。如果它们不是,那么这两个物体在一起就会剩下一个合力,而这个合力不作用于任何物体。
这意味着无论何时对象
一个 将对象B以武力<年代pan class="katex">
在实践中,这意味着如果我推某物,它也会反推我。
艾萨克·牛顿的职业滑冰运动员:年代trong>
如果一个滑板者想要从地面上跳起来,他们必须把滑板压在坚实的地面上。作为回报,坚实的地面以相等的力向上推它们,使它们离开地面。
地球没有发生什么重大变化,因为它比滑板手重得多<年代pan class="katex">
火箭的力量:年代trong>
让地球和一个普通物体在力的平衡中配对有点极端。地球的质量比任何普通物体都要大得多,以至于感官几乎察觉不到它的加速度。
在比较平等的配对中,力的平衡是明显的。例如,如果有人坐在小车上,向左边喷灭火器(加速泡沫分子向左),它们就会滚到右边。
说真的,看:
和其他例子一样,灭火器车可以被理解为第三定律的结果。
你能解释一下吗?
一个哑铃有多大的动量<年代pan class="katex">