接着上一篇,咱们现在来介绍力与运动的关系。欢迎关注我!
早在古希腊时代,先贤亚里士多德就思考过这个问题。通过观察,他认为力是维持物体运动的原因。比如推着一个箱子走,当我们停止推动时,箱子也就停下了。从经验上来看,力似乎确实是维持物体运动的原因。
经历了漫长的中世纪,欧洲进入了文艺复兴时代,近代科学也开始萌芽。伽利略通过实验证明两个铁球同时落地,发现了自由落体定律,科学实验正式进入科学研究的殿堂。
关于力与运动的关系,伽利略通过斜面实验进行了探讨。左右两个斜面组成一个V形(如图所示),当钢珠从左边斜面下滑时,如果接触面没有阻力,只在重力的作用下,不会产生能量损耗,钢珠必然会在右边斜面上爬升到同样的高度。如果将右边的斜面水平放置,由于钢珠无法达到原先的高度,钢珠将永远运动下去。
通过这个实验,伽利略认为力并不是维持物体运动的原因。笛卡尔后来也得出了相同的结果,并做出了补充,认为如果在没有外力的作用下,物体不仅会永远运动下去,而且还会以同一速度沿直线运动。牛顿正是站在这些巨人的肩膀上,并首次利用数学方法,推导出了牛顿运动三定律,开创了经典力学。
在伽利略之后,科学家们更加注重实验的重要性,实验和理论推导成为了主流的科学研究方法。人们发现,纯粹的经验和观察有时并不靠谱。为了发现科学规律,科学家们需要大胆假设、小心求证。
下面就讲到关键内容了,力与运动肯定要说到牛顿运动定律的,镇宅净水就靠它了。
牛顿在巨人的基础上总结出了三大运动定律,分别是惯性定律,加速度定律,作用力与反作用力定律,发表在其科学巨著《自然哲学的数学原理》一书上。让我们来了解一下相关内容。
惯性定律(牛顿第一定律)说明了力的含义。力不是维持物体运动的原因,而是改变物体运动的原因。一切物体皆具有惯性,所谓的惯性就是物体保持静止状态或者匀速直线运动状态的性质,这是物体固有的属性。质量越大的物体惯性也就越大,质量可以用来衡量物体的惯性大。
加速度定律(牛顿第二定律)指出了力的作用效果。力会改变物体的运动状态,即物体运动速度的大小和运动方向会发生改变,更专业一点就是力会使物体产生加速度。在一定作用力时,加速度的大小和物体的质量成反比。也就是说,同样的推力,质量越大所能产生的加速度越小。更深刻一点就是物体的惯性越大,物体的运动状态越难被改变。
作用力与反作用力定律(牛顿第三定律)揭示了力的本质。力是两个物体间的相互作用,施力物体必然会受到相同大小的反作用力,作用力与反作用力方向相反且在同一条直线上。同一直线上二力的平衡是两个大小相同的力作用在同一物体上,要注意区别。
总之牛顿运动定律就回答了两个问题,力是什么?力有什么用?
拓展一下,经典力学只适用于描述低速运动的宏观物体。日常生活中基本上很少有物体的运动速度接近光速,所以用经典力学就可以满足相应的精度要求。对于微观世界,则需要用量子力学来描述;对于高速运动(接近光速)的物体,则需要用相对论力学来描述。
好了就到这里,后面还会陆陆续续介绍更多物理学科普知识,欢迎提前关注。
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