第五节牛顿运动定律
一、牛顿第一定律
长期以来,人们在研究物体运动的原因时,根据直觉认为,要使一个物体运动,必须推或拉它。当不再推或拉时,运动的物体便会停下。
根据这类经验,在公元前4世纪,古希腊的哲学家亚里士多德得出结论:必须有力作用在物体上,物体才能运动;没有力的作用,物体就保持静止。由于这一论断符合人们的常识,以至在其后的两千年里,大家都奉为经典。
直到16世纪末,意大利的伽利略对亚里士多德的论断表示了怀疑。他注意到,当一个球沿斜面向下滚动时,它的速度增大,而向上滚动时,它的速度减小。他由此猜想:当球沿水平面滚动时,它的速度应该不增不减。
实际上伽利略发现,当球在水平面上滚动时,球的速度越来越慢,最后停下来。伽利略认为,这是由于摩擦阻力的缘故,因为他还观察到,水平表面越光滑,球便会滚得越远。于是,他推断:若没有摩擦阻力,球将永远滚下去。
英国的物理学家牛顿在伽利略等人研究的基础上,并根据自己的研究,系统地总结了力学的知识,提出了三条运动定律,其中第一条定律的内容是:
一切物体总保持静止或匀速直线运动状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止。这就是牛顿第一定律。
由于我们把物体总保持原来运动状态的性质叫做惯性。因此,牛顿第一定律又叫做惯性定律。
正在行驶的汽车急刹车时,车上乘客的下半身由于受到力的作用随车停止,而上半身由于惯性还要以原来的速度前进,于是乘客就会向前面倾倒。如果汽车在高速运行时突然停止,汽车里的人就会由于惯性继续向前冲,直至撞到方向盘或挡风玻璃上,造成严重的伤害。因此,汽车的前排座位上通常都要配置安全带,高级汽车中还有安全气囊以保证乘车者的安全。
二、牛顿第二定律
牛顿第一定律告诉我们,物体如果不受外力,它将保持原来的运动状态。由此可以知道,如果物体受到外力作用,物体的运动状态必将改变。
列车出站时,在机车牵引力的作用下,由静止开始运动,并且速度不断增大;列车进站时,由于受到阻力的作用,速度不断减小,最后停止下来;抛出的铅球、射出的炮弹,由于受到重力的作用,速度的大小和方向都不断发生改变,做曲线运动。可见,物体运动状态的改变,是由于受到了力的作用,力是物体运动状态改变的原因。
物体运动状态发生改变时,物体具有加速度,所以,力是使物体产生加速度的原因。
在匀变速直线运动中,加速度的大小与哪些因素有关呢?
通过实验,我们可以得出如下结论:物体的加速度跟所受的外力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟外力的方向相同。这就是牛顿第二定律。
用数学公式表示为
由牛顿第二定律可以看出,质量不同的物体,运动状态改变的难易程度不同,或者说它们的惯性大小不同。在外力相同的情况下,质量大的物体获得的加速度小,它的运动状态难改变,即惯性大;质量小的物体获得的加速度大,它的运动状态容易改变,即惯性小。因此,质量是物体惯性的大小的量度。
由于火车的质量巨大,要将高速火车停下来是很困难的,需要很长的时间和路程来减速,我国的高速列车甚至需要2 km以上的距离来停止,所以,在列车经过的路口采取提前禁行的措施是非常必要的。
[例题1] 吊车要在10 s内将地面上的货物吊到10 m高处,×103 kg,假设货物被匀加速吊起,问吊车缆绳对货物的拉力是多少?
分析以货物为研究对象。货物匀加速向上运动,可判断货物受
牛顿运动定律 来自淘豆网m.daumloan.com转载请标明出处.