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        正確認(rèn)識(shí)慣性定律

        2013-05-28 09:38:38張士君
        關(guān)鍵詞:踢足球牛頓慣性

        張士君

        同學(xué)們,在日常生活中你注意過這樣的現(xiàn)象嗎?當(dāng)我們乘坐公共汽車突然啟動(dòng)或加速時(shí),你會(huì)被重重地“摔在”靠背上.而在汽車正常行駛遇到緊急情況突然剎車時(shí),如果你沒系安全帶,就可能會(huì)因?yàn)樯眢w“前沖”而造成傷害.這些現(xiàn)象是怎樣造成的呢?如果我們正確認(rèn)識(shí)了慣性定律,就能了解其中的原因并做到防患于未然.

        千百年以來,關(guān)于“力和運(yùn)動(dòng)”的關(guān)系,科學(xué)家從沒停止探索的腳步.人類正確認(rèn)識(shí)這個(gè)問題,經(jīng)歷了漫長曲折的過程.風(fēng)吹樹動(dòng),風(fēng)停樹靜,自然界中的許多現(xiàn)象使古希臘哲學(xué)家亞里士多德得出了“物體的運(yùn)動(dòng)需要力來維持”這樣一個(gè)結(jié)論.后來的科學(xué)家發(fā)現(xiàn),現(xiàn)實(shí)生活中很多現(xiàn)象用這一理論無法解釋.例如,運(yùn)動(dòng)員踢足球,運(yùn)動(dòng)員的腳與足球脫離接觸后,運(yùn)動(dòng)員已不能對足球再施加力的作用,但足球并沒有立刻停下,而是繼續(xù)向前滾動(dòng).即沒有推力,足球仍可以維持向前的運(yùn)動(dòng).原先“物體的運(yùn)動(dòng)需要力來維持”的理論陷入了困境,經(jīng)過長期的探索,在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上最終人們認(rèn)識(shí)到“力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”.后來英國物理學(xué)家牛頓,在前人特別是笛卡爾、伽利略等科學(xué)家大量實(shí)驗(yàn)成果的基礎(chǔ)上,經(jīng)過分析歸納,得出了牛頓第一定律,也就是慣性定律,內(nèi)容是:“一切物體在沒有受到力的作用時(shí),總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài).”

        (1)每次實(shí)驗(yàn)都讓小車從斜面的同一高度滑下,其目的是什么?

        (使小車到達(dá)水平面時(shí)具有相同的速度)

        (2)小車在三種不同表面上運(yùn)動(dòng)的距離越來越遠(yuǎn)說明了什么?

        (阻力越小,小車運(yùn)動(dòng)的距離越遠(yuǎn))

        (3)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上作進(jìn)一步的推想,假如水平面絕對光滑阻力可以減小到零時(shí),你能得出什么結(jié)論?

        (運(yùn)動(dòng)的小車將以大小不變的速度永遠(yuǎn)沿直線運(yùn)動(dòng)下去)

        但是現(xiàn)實(shí)世界里,找不到“絕對光滑的平面”,阻力不存在這只是一種假設(shè).在日常生活中,如果我們遇到一個(gè)物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí),它一定受到了兩個(gè)甚至更多力的作用,這幾個(gè)力相互平衡效果抵消了,這與物體不受外力作用時(shí)效果是相同的.所以,當(dāng)一個(gè)物體受到平衡力作用時(shí),就可以當(dāng)做物體不受力來處理,同樣遵循牛頓第一定律,當(dāng)然我們初中階段只研究二力的平衡.

        2.力是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變的原因

        上面我們已經(jīng)講過物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來維持,但力和運(yùn)動(dòng)之間到底存在什么關(guān)系呢?我們?nèi)砸蕴咦闱驗(yàn)槔右哉f明,踢足球時(shí)足球受到向前的推力開始運(yùn)動(dòng),也就是說力是物體從靜止變成運(yùn)動(dòng)的原因.腳與足球脫離接觸后,足球由快變慢在草坪上滾動(dòng),最后停了下來.這是不是因?yàn)樽闱蛟谶\(yùn)動(dòng)過程不再受到力的作用了呢?其實(shí)不然,足球在運(yùn)動(dòng)過程中受到了摩擦阻力的作用,正是因?yàn)樽闱蚴艿搅肆Φ淖饔貌磐O聛淼?也就是說力是足球從快變慢、由運(yùn)動(dòng)變成靜止的原因.以上這些情況都可以概括為在力的作用下物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變.另一種情況,雜技演員在?;鹆餍菚r(shí),火流星在手的拉力作用下會(huì)以手為中心做勻速圓周運(yùn)動(dòng),這里的“勻速”是指物體運(yùn)動(dòng)的快慢不變,但是物體的運(yùn)動(dòng)方向在不斷發(fā)生變化,火流星在某一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向就是該點(diǎn)所在圓周的切線方向,這種情況我們也認(rèn)為是物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在不斷改變.從上述分析我們可以得出,物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變有兩種情況,一種是物體運(yùn)動(dòng)快慢發(fā)生改變,另一種是物體運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變.并且當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí),物體一定受到了力的強(qiáng)迫作用.也就是力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因.

        3.如何認(rèn)識(shí)慣性現(xiàn)象

        根據(jù)牛頓第一定律知道,物體不受外力強(qiáng)迫作用時(shí),原來靜止的物體會(huì)保持靜止?fàn)顟B(tài),原來運(yùn)動(dòng)的物體會(huì)保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài).即物體具有保持原來運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì),這種性質(zhì)叫做慣性.例如公共汽車啟動(dòng)時(shí),汽車上的乘客上身會(huì)向后傾,這是怎樣造成的呢?原來汽車啟動(dòng)瞬間,人的臀部由于摩擦力的作用隨車一起運(yùn)動(dòng),而身體的上部具有保持原來靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì),所以上身會(huì)向后傾.而在汽車行駛平穩(wěn)后,人體也隨車一起做直線運(yùn)動(dòng),遇到障礙物緊急剎車時(shí),汽車減速,人的身體由于具有慣性仍然要保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向前運(yùn)動(dòng),如果乘客來不及做好自我保護(hù)動(dòng)作,就可能發(fā)生撞到前排座位或者擋風(fēng)玻璃等類似危險(xiǎn)的情況.所以為了防止慣性對人體造成的傷害,坐車時(shí)要系好安全帶.當(dāng)然慣性也有有利的一面,生活中我們拔釘子使用的羊角錘,用久了,錘頭有可能發(fā)生松動(dòng),這時(shí)我們可以把錘柄迅速撞擊在障礙物上,由于障礙物的阻擋,錘柄突然停止運(yùn)動(dòng),而錘頭由于慣性要保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向前運(yùn)動(dòng),結(jié)果就會(huì)牢牢地套在錘柄上.

        另外,還要認(rèn)識(shí)到慣性是物體的固有屬性,宇宙空間的一切物體在任何條件下都有慣性.慣性只與物體的質(zhì)量有關(guān)系,質(zhì)量是慣性大小的量度,也就是說無論物體處于何種狀態(tài),質(zhì)量大的物體,慣性就大,與物體的受力情況,運(yùn)動(dòng)的形式,皆無關(guān)系.

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