一口气带你搞懂牛顿三大定律!
牛顿第一定律
牛顿第一定律:任何物体都保持静止或匀速直线运动状态,直到其他物体的作用迫使它改变这种状态为止 。
【一口气带你搞懂牛顿三大定律!】牛顿第一定律也叫惯性定律 , 它告诉我们“运动并不需要力来维持” 。 如果物体受到的合外力为0 , 那它之前是什么速度 , 之后就依然是什么速度 。
为什么它还有一个名字叫“惯性定律”呢?惯性在英文里跟惰性是同义词(Inertia) , 就是懒的意思 。 所以 , 惯性定律就是说所有的物体都很“懒” , 像懒猪一样 , 都不愿意主动改变自己的运动状态 。
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如果我现在没动 , 那就一直不动 , 除非你用力推我;如果我现在有一个速度 , 那就一直以这个速度前进 , 除非有力拦着我 。
喜欢科幻电影的朋友肯定对这个画面不陌生:一个宇航员在外太空不小心弄断了连接飞船的绳子 , 然后大家就只能眼睁睁地看着这个宇航员以一定速度飘向太空深处 。 因为太空中没有其他外力拦住他 , 所以他就只能遵守惯性定律“懒”下去 , 一直以同一速度飘走(虽然他是如此地不愿意) 。
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这也说明:没有力 , 宇航员照样可以运动 , 力的确不是维持物体运动的原因 。 那么 , 力的作用到底是什么呢?伽利略在后半句里说了:力是改变物体运动状态的原因 。 也就是说 , 虽然运动本身不需要力来维持 , 但是 , 如果想改变运动状态 , 比如宇航员不想飘向太空深处 , 想回到飞船 , 这就需要一个外力来拉一把 。
好 , 知道力可以改变物体的运动状态之后 , 我给你一定的力 , 你的速度能改变多少呢?想要把这个账定量地算清楚 , 我们就需要牛顿第二定律 。
牛顿第二定律
怎么算呢?
首先 , 既然力可以改变物体的速度 , 那首先就得找一个物理量来描述物体速度的变化 。 比如 , 汽车现在的速度是2m/s , 1s后变成了4m/s , 那它的速度就在1s之内变化了(4–2)m/s=2m/s 。
为什么汽车的速度会变化呢?当然是发动机的牵引力让汽车的速度发生了改变 , 换成马车就是马的拉力让车的速度改变了 。 既然速度发生了改变 , 那肯定就有什么力作用在它身上 。
那么 , 力的大小跟速度的变化有什么关系呢?是力越大 , 速度的变化就越大吗?乍一看好像没问题 。 用两匹马拉车 , 1s内可以让马车加速2m/s;如果有四匹马拉车 , 或许1s内就能让马车加速4m/s 。 但是 , 就算只有一匹马 , 如果时间给够 , 比如60s , 那马车完全有可能增加更多的速度 。 所以 , 光比速度的变化量是不公平的 , 还要限定时间:在一定的时间内(比如1s)让物体的速度变化越大(也就是速度变化得越快) , 才能说明受到的力越大 。
因此 , 有理由相信:合外力越大 , 物体的速度变化得越快 。 而单位时间内物体速度的变化量 , 正是加速度的定义 。 也就是说 , 我们用加速度这个物理量来描述物体速度变化快慢的程度 。 如果物体的速度不变 , 那它的加速度等于0;如果物体的速度在1s内从2m/s增加到了4m/s , 那它的加速度就是2m/s;如果物体的速度在2s内从1m/s增加到了7m/s , 那么它的加速度就应该是:
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好 , 现在我们知道了:物体受到的合外力越大 , 那它的速度就变化得越快 , 加速度越大 。
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