07 物体如何运动?
宇宙万物到底是如何运动的?隐藏在运动背后的规律又是什么?之前有很多人回答过这些问题,但答案都不太令人满意。
现在,牛顿同学递交了他的答卷,一份令人非常满意的答卷。答卷的主体就是牛顿三大运动定律,它的核心思想是:如果物体不受外力(或者合外力为0),它将一直保持原来的速度;如果合外力不为0,它的速度就会改变,即具有一定的加速度。想知道加速度到底是多少,就用牛顿第二定律F=ma去计算。
例如,为什么茶杯在桌子上静止不动?因为茶杯受到了一个向下的重力和一个来自桌面的向上的支持力,这两个力大小相等方向相反。因此,茶杯受到的合外力为0,所以茶杯就静止不动。
为什么我推一下椅子,椅子就动了呢?因为我推椅子时,椅子在水平方向上受到了一个推力,合外力不为0。根据牛顿第二定律F=ma,这个合外力会让椅子产生一个加速度,于是椅子就动起来了。为什么松手之后,椅子会慢慢停下来呢?因为松手之后,推力没有了,椅子在水平方向上受到的合外力就只有来自地面的摩擦力(摩擦力一直都在,但之前比推力小)。摩擦力与椅子运动的方向相反,因此会产生一个让椅子减速的加速度,于是椅子就慢慢停了下来。
为什么苹果熟了会往下落呢?因为苹果没熟时,受到一个向下的重力和一个树枝向上的拉力,这两个力大小相等方向相反。所以,苹果受到的合外力为0,于是保持静止。苹果熟了以后,树枝承受不了苹果的重量,就跟苹果分离了。于是,苹果受到的合外力就只有向下的重力。根据F=ma,苹果会有一个向下的加速度,因此苹果会加速往地面掉落。
为什么月亮会围着地球转呢?因为地球和月亮之间有一个万有引力,月亮受到的合外力就是这个引力。根据F=ma,月亮会有一个加速度,这个加速度不断改变速度的方向,让月亮围着地球转。
为什么电荷在电场中会运动呢?因为电荷在电场中会受到一个电场力,此时电荷受到的合外力就是这个电场力。根据F=ma,电荷会有一个加速度,于是电荷开始加速运动。
这些例子我可以给你无限列举下去,但是你发现没有,我用来解释物体为何这样运动的“套路”都是一样的:都是先看物体受到了什么力,把合外力F找出来,再利用F=ma求出物体的加速度a,最后根据加速度分析物体的运动情况。
来来去去就这“三板斧”,一套“组合拳”打天下,这就是牛顿力学。