牛頓經(jīng)典力學(xué)與人類生活
牛頓——經(jīng)典力學(xué)的奠基人,牛頓力學(xué)是經(jīng)典物理學(xué)的核心,主要內(nèi)容就是牛頓在1687年發(fā)表的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中提出的質(zhì)點運動三定律,總結(jié)了物體的慣性、加速度和作用力三者的關(guān)系。經(jīng)典力學(xué)體系的建立,是人類認(rèn)識自然及歷史的第一次大飛躍和理論的大綜合,它開辟了一個新的時代,并對科學(xué)發(fā)展的進程以及人類生產(chǎn)生活和思維方式產(chǎn)生了深刻的影響。牛頓第一定律(即慣性定律)是:任何物體總是保持其靜止或勻速直線運動狀態(tài),直到作用力迫使其改變這種狀態(tài)為止。物體受到作用力后就會產(chǎn)生加速度,從而改變物體的動量。牛頓第二定律對此進行了描述:物體所受合力大小與物體的加速度成正比,合力方向與加速度方向相同(F=ma)。物體受到作用力時也會對其施力物體產(chǎn)生反作用力,即牛頓第三定律所說的:兩物體相互作用時,如果F1表示第一個物體受到第二個物體的作用力,F(xiàn)2表示第二個物體受到第一個物體的作用力,則F1與F2總是大小相等,方向相反,并在同一直線上(F1=-F2)。此外,還有機械能守恒定律、動量定理、動量守恒定律、動能定理等。
牛頓運動定律可解決低速、宏觀的動力學(xué)問題。譬如踢足球,當(dāng)靜止在地上的足球被運動員踢上一腳時,受到了外力而產(chǎn)生加速度且與踢力方向相同,于是會向踢力方向飛出,同時,運動員會感覺到腳的疼痛,而且會自然地回彈,這是受到反作用力的緣故。運動員的踢力越大,球就飛得越快,腳也會越疼。當(dāng)踢力停止作用后,由于慣性,球不會馬上停住,但又由于受到空氣等阻力,最終肯定會停住。又如,撐竿跳高時,助跑速度越快跳得越高;物體下落時越來越快,往上拋出的東西上升時會越來越慢,最終停止上升而下落。這就是機械能可以相互轉(zhuǎn)化又能總體守恒的原理。在動量定理方面,比如,茶杯摔在水泥板上要比摔在沙地上易碎,這是因為水泥板比較硬,緩沖作用差,作用時間短,作用力就會大,而沙地剛好相反。
當(dāng)物體所受的合外力為零時,系統(tǒng)內(nèi)動量守恒。打臺球是反映動量守恒定律最好的例子。用桿推動主球獲得動量后,與目標(biāo)球碰撞,目標(biāo)球也就獲得了動量,主球會速度減小甚至回彈。如果主球回彈,目標(biāo)球會運動得比原來母球更快。因為母球和目標(biāo)球組成的體系中動量守恒,理論分析要忽略摩擦力所消耗的能量。
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