力與運動的關係,力並不是維持物體運動的原因

2020-12-05 科學探索菌

接著上一篇,咱們現在來介紹力與運動的關係。歡迎關注我!

早在古希臘時代,先賢亞里斯多德就思考過這個問題。通過觀察,他認為力是維持物體運動的原因。比如推著一個箱子走,當我們停止推動時,箱子也就停下了。從經驗上來看,力似乎確實是維持物體運動的原因。

經歷了漫長的中世紀,歐洲進入了文藝復興時代,近代科學也開始萌芽。伽利略通過實驗證明兩個鐵球同時落地,發現了自由落體定律,科學實驗正式進入科學研究的殿堂。

關於力與運動的關係,伽利略通過斜面實驗進行了探討。左右兩個斜面組成一個V形(如圖所示),當鋼珠從左邊斜面下滑時,如果接觸面沒有阻力,只在重力的作用下,不會產生能量損耗,鋼珠必然會在右邊斜面上爬升到同樣的高度。如果將右邊的斜面水平放置,由於鋼珠無法達到原先的高度,鋼珠將永遠運動下去。

通過這個實驗,伽利略認為力並不是維持物體運動的原因。笛卡爾後來也得出了相同的結果,並做出了補充,認為如果在沒有外力的作用下,物體不僅會永遠運動下去,而且還會以同一速度沿直線運動。牛頓正是站在這些巨人的肩膀上,並首次利用數學方法,推導出了牛頓運動三定律,開創了經典力學。

在伽利略之後,科學家們更加注重實驗的重要性,實驗和理論推導成為了主流的科學研究方法。人們發現,純粹的經驗和觀察有時並不靠譜。為了發現科學規律,科學家們需要大膽假設、小心求證。

下面就講到關鍵內容了,力與運動肯定要說到牛頓運動定律的,鎮宅淨水就靠它了。

牛頓在巨人的基礎上總結出了三大運動定律,分別是慣性定律,加速度定律,作用力與反作用力定律,發表在其科學巨著《自然哲學的數學原理》一書上。讓我們來了解一下相關內容。

慣性定律(牛頓第一定律)說明了力的含義。力不是維持物體運動的原因,而是改變物體運動的原因。一切物體皆具有慣性,所謂的慣性就是物體保持靜止狀態或者勻速直線運動狀態的性質,這是物體固有的屬性。質量越大的物體慣性也就越大,質量可以用來衡量物體的慣性大。

加速度定律(牛頓第二定律)指出了力的作用效果。力會改變物體的運動狀態,即物體運動速度的大小和運動方向會發生改變,更專業一點就是力會使物體產生加速度。在一定作用力時,加速度的大小和物體的質量成反比。也就是說,同樣的推力,質量越大所能產生的加速度越小。更深刻一點就是物體的慣性越大,物體的運動狀態越難被改變。

作用力與反作用力定律(牛頓第三定律)揭示了力的本質。力是兩個物體間的相互作用,施力物體必然會受到相同大小的反作用力,作用力與反作用力方向相反且在同一條直線上。同一直線上二力的平衡是兩個大小相同的力作用在同一物體上,要注意區別。

總之牛頓運動定律就回答了兩個問題,力是什麼?力有什麼用?

拓展一下,經典力學只適用於描述低速運動的宏觀物體。日常生活中基本上很少有物體的運動速度接近光速,所以用經典力學就可以滿足相應的精度要求。對於微觀世界,則需要用量子力學來描述;對於高速運動(接近光速)的物體,則需要用相對論力學來描述。

好了就到這裡,後面還會陸陸續續介紹更多物理學科普知識,歡迎提前關注。

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