1、力的分類
力是物體與物體之間的相互作用,單位是牛,記作N,按照産生的機制,自然界中的力可以分成四種:
⑴引力:由質量引起,對質量作用,一個有質量的物體會對另一個有質量的物體産生引力;
⑵電磁力:由電荷引起,對電荷作用,日常接觸到的很多作用,其微觀實質都是電磁力,比如彈力、摩擦力等;
⑶強力:組成原子核的核子間的相互作用,比如質子和質子、中子和中子、質子和中子之間的作用力;
⑷弱力:發生在放射性衰變中的相互作用,比如中子失去一個電子變成質子,這個過程中發生的就是弱相互作用。
除了按照産生機制分類,通常更多的還是按照性質來區分各種力,這種分類方法更加直觀和方便:
⑴重力:由于地球對物體的吸引而産生的力,實質就是引力。重力G的大小由物體的質量m和所處位置的重力加速度g 決定, ,方向總是豎直向下;
⑵彈力:物體在力的作用下發生形變,由于要恢複原狀,會對與它接觸的物體産生力的作用,稱為彈力,其微觀實質是電磁相互作用。彈力N的大小與形變程度有關,形變量越大則彈力越大。
胡克定律:在彈性限度内,彈簧的彈力F的大小與彈簧的伸長(或縮短)量x成正比, , 為勁度系數,單位N/m,由彈簧自身的性質決定。
幾種常見彈力方向的判斷方法:
①面與面接觸時,彈力的方向垂直于接觸面;
②點與面接觸時,彈力的方向垂直于接觸面;
③點與點接觸時,彈力的方向垂直于接觸點的切面;
④對于由輕繩産生的彈力,方向沿繩收縮的方向;
⑤對于由輕質彈簧産生的彈力,方向沿彈簧形變的反方向;
⑥對于由輕杆産生的彈力,方向可以是任意的,由其它力共同決定。
⑶摩擦力:摩擦力發生在兩個相互接觸的粗糙面之間,其微觀實質是電磁相互作用。按照接觸面之間是否存在相對運動,摩擦力可分為靜摩擦力和滑動摩擦力。
①靜摩擦力:當接觸面存在彈力,且接觸的物體間有相對運動趨勢但沒有相對運動時,存在靜摩擦力。靜摩擦力的方向跟接觸面相切,與物體間的相對運動趨勢的方向相反。靜摩擦力是一種被動力,其大小與物體所受其它外力有關,但靜摩擦力有一個最大值fmax,超過最大值,物體間就要發生相對滑動。
【補充】靜摩擦力的方向跟相對運動趨勢方向相反,但與運動方向可能相同,比如人走路時靠的就是向前的靜摩擦力才能行進,此時靜摩擦力充當動力而非阻力。車輛前進時也是依靠輪胎與地面間的靜摩擦力才能向前運動。
②滑動摩擦力:當接觸面存在彈力,且接觸的物體間有相對運動,則存在滑動摩擦力。滑動摩擦力的方向總跟接觸面相切,與物體間相對運動的方向相反。滑動摩擦力的大小跟接觸面上的正壓力成正比,如果用 表示滑動摩擦力的大小,用表示正壓力的大小,則有 , 稱為動摩擦因數,是一個反映接觸面本身物理性質的物理量。
【理解要點】滑動摩擦力的方向跟相對運動方向相反。
注意,滑動摩擦力可以用公式 計算,而靜摩擦力是不能用公式計算的,除非特别說明。
2、力的合成與分解
⑴力的合成
高中階段,隻研究共點力的合成,即物體收到多個力的作用時,這幾個力都作用在物體的同一點上。
對于共點力,我們可以把這幾個力等效合成為一個力。由于力是矢量,既有大小又有方向,所以在合成時遵循矢量合成法則,即平行四邊形法則或三角形法則(多邊形法則)。
平行四邊形法則:
多邊形法則:
⑵力的分解
力的分解是力的合成的逆運算,有時為了便于分析,需要把一個力分解成兩個分力,把已知力作為平行四邊形的對角線,那麼,兩條鄰邊就表示它的兩個分力。以已知力為對角線的平行四邊形有無數個,所以力的分解有無數種分法,實際問題中具體該如何分解應根據需要進行有意義的分解。
如果分解得到的兩個分力互相垂直,稱為正交分解,是最常用的力的分解方法。
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