牛顿运动定律(牛顿力学三定律)
据说,直到今天,历史上有三个最著名的苹果:一个引诱了夏娃,据说一条狡猾的蛇吸引了夏娃吃苹果。从此,人们知道了羞耻和善恶的概念,使人类走出野蛮,开始了文明;一个唤醒了牛顿,导致了万有引力;乔布斯发明的一款苹果手机,现在在他手里,把我们带入了互联网时代。也就是三个苹果改变了世界。
今天,我们来了解一下第二个苹果。
首先我们要知道牛顿到底有多牛逼。
牛顿提出万有引力定律和运动力学三定律,揭示了宇宙天体的基本运动规律,推动了科学革命。用棱镜鉴定了七色光谱,用倒置棱镜将光谱还原成白色,解释了彩虹现象。发明反射望远镜,创立光粒子理论,提出光粒子理论。创立了二项式定理、微积分、传热学和牛顿冷却定律,研究了声速。同时,他也是一名经济学家,担任皇家铸币局总经理,专注于防止假币,并亲自设计硬币,提出了沿用至今的金本位制。科学的终点是神学。最后他可能觉得没有挑战了,就一头扎进神学的研究中,直到死去。今天,我们先来初步了解一下牛顿力学的三大定律:
牛顿之一定律:
当任何物体不受外力作用或合力为零时,它总是保持静止状态或匀速直线运动,直到其他物体对它施加一个力迫使它改变这种状态。
物体的平衡状态:当一个物体受到几个力的作用时,如果它保持静止状态或匀速直线运动,我们说这些力是平衡的。
从压力到状态我们都理解,但是考试的时候一般都是反过来的。我们先告诉你一个物体的已知状态,然后你分析它。静止时,你要认为外力合力为零。它以匀速直线运动,合力为零。所以未来要形成一种条件反射,物体静止或者匀速直线运动,其合力外力为零。
比如我们坐在凳子上为什么能保持不动?因为我们的身体同样受到重力和凳子的支撑,也就是说它们是平衡的,所以我们可以处于静止状态。
比如拔河也是如此。左边一群人,右边一群人。如果左边的力和右边的力是平衡的,那么谁也赢不了,他们会保持平衡。
惯性:
物体保持运动的特性叫做惯性。
惯性表示改变物体运动状态的难易程度,惯性的大小只与物体的质量有关。
质量大的物体运动状态比较难改变,也就是惯性大。小质量物体的运动状态比较容易改变,也就是惯性小。
比如我们在高速公路上,会发现大货车的刹车距离一般较长,而轿车的刹车距离一般较短。所以,当同速行驶的大货车和小轿车距离相同,驾驶员同时反应时,小轿车一般能把车刹住,但大货车很难一下子把车刹住,因为大货车质量更大,惯性也大得多。
惯性的实际表现随处可见。比如我们坐公交车,司机在紧急情况下来了个急刹车,车上的人都身体前倾,甚至有人被甩出座位。这就是惯性的作用。你的身体随着车前进,但是当车突然刹车时,你的身体并没有和车融为一体。在惯性作用下,即使汽车已经急刹车,你的身体仍然保持向前运动。
例1:用绳子系住一个球,在光滑的水平面上做圆周运动(摩擦力为0)。如果绳子突然断了,球会()?
a、瞬间保持原来的圆周运动。
b、断绳时保持速度,匀速直线运动。
c、小球的运动速度降低,保持直线运动。
d,球移动速度加快,继续做圆周运动。
力分析:
当球没有破碎时,它受到重力和垂直方向的支撑力。
水平方向,在绳子的张力下。
当绳子突然断了,球不受张力影响,只受两个力:重力和支撑力。也就是说,没有外力,或者外力合力为0。所以,根据牛顿之一定律,我们可以知道,一个物体在外力为零的情况下,其状态是静止的,或者是匀速直线运动的。
这个球在拉力的作用下有一定的初速度,所以不可能静止,只能匀速直线运动。
所以,这个问题的答案是选项b。
例2:下列关于惯性的分析是正确的: ()
a、滚动的足球被地面摩擦,滚动速度逐渐变慢,惯性也随之减小。
b、月球绕地球旋转,其惯性与地球对它的引力有关。
c,自由落体的速度增加,惯性也在下落的过程中增加。
d、还在桌上的乒乓球也有惯性。
惯性:
物体保持运动的特性叫做惯性。
惯性表示改变物体运动状态的难易程度,惯性的大小只与物体的质量有关。
质量大的物体运动状态比较难改变,也就是惯性大。小质量物体的运动状态比较容易改变,也就是惯性小。
为了方便大家理解,我们先对比一下惯性的定义,一步步来分析。先看选项A,我们说惯性的大小只与自身质量有关,与速度无关,所以选项A肯定是错的。
再看选项c,随着速度的增加,惯性也增加,这是同样的错误。惯性不会因为速度而改变。
我们来看选项B,说月球的惯性与地球对它的引力有关。这是一个错误的说法。任何物体的惯性只与自身性质有关,与他人无关。
所以,正确答案是d,再给你一句,你就明白了,惯性是物体的固有属性。不管物体的状态是静止还是运动,都有惯性。惯性是它自己的本性,它不会消失。
例3:自行车共享是一种节能环保的交通方式。关于骑自行车上学的情况,下列说法正确的是: ()
a、骑行速度更高可达50m/s。
b、骑车匀速变化时,运动状态不变。
c、在骑行过程中,相对于路边建筑物是移动的。
d、下坡时不蹬,自行车因为惯性继续滑行。
分析:
a、50m/s我们说,一个小时有3600秒,那么1m/s相当于3.6Km/h,而50m/s相当于180 km/h,你怎么能骑自行车走180英里呢?
b、什么是运动状态?运动状态包含两个内容,运动方向和运动速度。匀速,所以速度没有变;但是在转,所以方向变了。所以,B是错的。
c,肯定是正确的。
d、惯性是物体本身的一种属性。惯性不能被影响,而是因为它有惯性。所以表述错误,这个选项是错误的。
牛顿第二定律:
物体受到外力时,会产生加速度,加速度的方向与外力的方向相同。加速度的大小与外力的大小成正比,与物体的质量成反比。
公式:f =ma。
速度和加速度之间的关系:
加速度的方向与运动方向一致:加速运动。
加速方向与运动方向相反:减速运动。
例:用绳子将一块实心铁块挂在匀速上升的气球下。如果绳子瞬间被割断,铁块()?
一、继续上升
b、立即下降。
c、先减缓上涨,再加速下跌。
d、先减速上升,再匀速下降。
在这里,我们首先要了解压力情况。当气球系在绳子上匀速上升时,它的力是平衡的,重力和气球上升的力。如果绳子被割断,只会受到重力的约束,也就是说不能保持匀速(之前的匀速状态会因为力的变化而改变)。但是,因为任何物体都有惯性,当绳子被割断时,铁块此刻还是会上升(惯性),然后会被重力加速下降。所以本题选择选项c。
牛顿第三定律:
两个物体之间的作用力和反作用力在同一直线上,大小相等,方向相反。
比如运动员助跑时,脚给跑者一个力,跑者给脚一个反作用力。两者在一条直线上,大小相等,方向相反。
作用力、反作用力、平衡力的区别;
同一点:大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。
差异:
在两个平衡力之间,两个力作用在同一个物体上:
作用力和反作用力作用在两个相互作用的物体上。
例:人横拉牛,其实没有。下列说法是正确的:
a、绳子拉牛的力和牛拉绳子的力是一对平衡力;
b、绳子拉牛的力和地面对牛的摩擦力是一对平衡力;
c、绳子拉牛的力小于牛拉绳子的力;
d、绳子拉牛的力小于地面与牛的摩擦力;
三种常见的受力分析:
1.一个物体匀速上升或下降,t = g。
2.物体在粗糙的水平面上匀速直线运动。
水平方向:F拉力=f摩擦力
垂直方向:G重力=F支撑力
3.在光滑的水平面上匀速直线运动,没有拉力。
仅垂直方向:G=F支撑力
大家会更容易理解外力为零、力平衡这三个概念之间的关系,灵活理解牛顿三定律的概念,进而进行受力分析。牛顿之一定律是惯性定律,第二定律是力的瞬时作用定律。牛顿定律是科学物理领域的基本力学,是力学研究的基本内容。它与万有引力定律一起,成为人类研究天体、工程设计等科学提供科学理论的基础。它具有崇高的地位和无限的功能。
纵观整个人类,恐怕只有另外一个人能与科学理论的贡献相媲美,那就是阿尔伯特·爱因斯坦。
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