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牛顿第一定律和二力平衡

牛顿第一定律和二力平衡
牛顿第一定律和二力平衡

牛顿第一定律和二力平衡(一)牛顿第一定律说:一切物体在没有受到力的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态。

那么,反过来是不是可以说,物体受到力的作用时,就会改变运动状态呢?牛顿第一定律是一个命题(正确的命题),一个这样的命题都有它的“逆命题”、“否命题” “逆否命题”。①逆命题:物体保持静止状态或匀速直线运动状态,它就没受到力的作用。②否命题:物体受到力的作用,就不保持静止状态或匀速直线运动状态。③逆否命题:物体不保持静止状态或匀速直线运动状态,就受到力的作用。

、一个正确的命题,其逆命题、否命题不一定正确。同样,一个错误的命题,其逆命题、否命题也不一定错误。但是,原命题与逆否命题是等价的,逆命题和否命题也是等价的。

如果我们能把我们学过的每一个定律(定理、性质等),都能分析一下它的逆命题、否命题、逆否命题,那么我们对这个定律(定理、性质等)一定会有更深的理解。

现在我们要分析的是牛顿第一定律的逆命题:物体受到力的作用时,它的运动状态就会改变。这个逆命题对不对呢?

对物体施加一个力,不一定改变它的运动状态。例如,放在地面上的物体,受到一个重力的作用,但它还是静止的。因为地面对它的支持力“抵消了”重力的作用。如果用1N的力(相当于拿起两个鸡蛋的力)去提这个物体(假设该物体的重力为10N,该物体还是静止的,因为这时地面的支持力减小了,“提力”和支持力共同抵消重力。用1N的力去推一辆停在马路上的汽车,汽车仍然静止。因为在汽车和马路的接触面上产生了一个正好“抵消”推力的摩擦力。如果我们用足够大的力去推它,它就会运动。因为摩擦力不能无限度的增大。所以,物体受到力的作用,其运动状态可能改变也可能不改变。

那么,运动状态在什么情况下改变,在什么情况下不改变呢?我们先考虑一种最简单的情况:施加一个力,不会产生另外的力,也不会使其他的力发生变化。在这种情况下,对一个处于平衡状态的物体施加一个力,就一定会改变它的运动状态。

对于一般的情况,又是怎样的呢?如果一个物体受到一组力的作用,其运动状态不发生改变,我们就说这组力是一组平衡力。

现在,我们就有了一个比较完整的结论:如果物体没有受到力的作用或受到平衡力的作用,那么它的运动状态不变;如果物体受到非平衡力的作用,那么它的运动状态就要改变。把这句话反过来说也是正确的:如果物体的运动状态不改变,那么它没有受到力的作用或受到平衡力的作用;如果物体的运动状态发生变化,那么它受到非平衡力的作用。

对此,恐怕有人还是不能满意,因为他根据上面的论述,得到了这样的结论:在什么情况下物体受到力的作用而不改变运动状态?——受到平衡力。什么是平衡力?——不使运动状态发生变化的一组力叫平衡力。这岂不是什么也没说?

实际上,一组力是否是平衡力,是可以通过计算得知的。只不过我们目前的知识还不能全部解决这个问题。而只能解决作用线在同一条直线上的几个力的情况。

一. 两个力的情况(二力平衡)作用在同一个物体上的两个力如果大小相等,方向相反并且在同一直线上,这两个力就相互平衡。

作用力反作用力与一对平衡力的区别:两者的相同点——都是“大小相等,方向相反,并且在同一直线上” 。两者的不同点——① 平衡力是作用在同一个物体上;作用力反作用力是作用在两个物体上。② 作用力反作用力是同时产生、同时消失的;平衡力可以一个消失、另一个继续存在。③ 作用力反作用力一定是同一性质的力(例如都是吸引力,都是摩擦力,都是弹力等等);平衡力不一定是同一性质的力。

二.多个力的情况

1.合力

如果几个力的总的效果,等于某个力F的效果,那么就称力F是这几个力的合力.

(1)平衡力的合力:物体在平衡力的作用下,运动状态不变,其效果等同于不受

力,所以,一组平衡力的合力为0。

(2)同一直线上两个力的合力:

①同一直线上,方向相同的两个力F i,F2的合力F,其大小等于F i与F2的和,即: F=F+H。其方向和F i与F2的方向相同。

F i

(上面画的三条直线表示同一条直线)

② 同一直线上,方向相反的两个力F i, F2的合力F,其大小等于F i与F2的差,即: F=^-F i,(当F2> F i时)。其方向与F i,F2中较大的之方向相同。

I : F i F 2

......... ? .................. .. ........ .....

F

I :

(上面画的两条直线表示同一条直线)

(3)“二力平衡”的扩展

在掌握了同一直线上两个力的合力的求法后,我们就可以讨论在同一直线上三、四个力(甚至更多的力)的平衡问题。

例如:用iN的力F去提一个放置在地面上的、重力为i0N的物体,此时地面对该物体的支持力F N是多大?

分析:如果不去提这个物体,那么该物体是静止的。用iN的力去提它,是提不动的,所以,还是静止的。这时,向下的力应等于所有向上的力的合力,即:F+F N=G,F N=G-F=10-仁9 (N)。

(4)有关平衡力问题的两个分析思路:

①如果知道力,可以计算它们是否是平衡力。如果是平衡力,则物体保持平衡状态(静止状态或匀速直线运动状态);如果不是平衡力,则物体不在平衡状态(即它的运动状态在发生变化)。

②如果知道物体的运动状态及其变化与否,则可以据此分析它的受力情况。例如: 一个放置在桌子上的物体,因为它是静止的,所以它受到平衡力的作用,所以,桌面对它的支持力是竖直向上的,其大小等于该物体的重力。

牛顿第一定律和二力平衡(二)

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