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    _______________________ 物体运动的法规——牛顿运动定律

     

    _________________________ 电信学院03电联班 毛云峰 26号 200346001100

    关键字:惯性,加速度,作用力与反作用力,拔河比赛

    摘要:牛顿三大定律是经典物理力学的基础,除了在物理理论中见到它外,其实在我们生活中随处可以看到可以用它们来解释的事情。在拔河比赛中,三大定律就得到了很好的体现。_

    正文:

    牛顿三大定律是构成经典力学的基本框架,它在理论上的重要性是不言而喻的。在物理理论中随处可以见到这三大定律的影子,可是在生活中,由于我们对各种现象都司空见惯了,不能把它们与学过的物理理论联系起来,认为我们学的知识是空洞无用的。事实上,很多现象都可以用学过的物理知识来解释。例如,牛顿三大定律虽然简单,但是它能用到的地方很多。

    (一)牛顿第一定律

    谁都知道,原来静止不动的物体,没有外力推动,它总保持静止。你可以做一个简单的实验:取一个杯子里面,装半杯水,杯口上放一块薄木板,板上放一个鸡蛋。然后用手沿水平方向迅速抽走木板,鸡蛋仍要保持静止状态,由于木板已被抽走,鸡蛋失去了支持,就掉进了杯里。

    同样,原来运动的物体都要保持自己的运动。行驶着的火车切断动力以后,还会继续前进;从炮膛里射出的炮弹,虽然已经失去了推力,但是仍旧用很大的速度飞行。十七世纪,牛顿吸取了前人的成果,并且在自己亲身观察和实验的基础上指出:任何不受外力作用的物体,都将保持原有的运动状态,就是原来静止的仍旧静止,原来运动的继续做匀速直线运动。这就是牛顿第一定律。由于牛顿把一切物体都具有的这种运动属性叫做惯性,所以这个定律也叫做惯性定律。

    在日常生活中,人们每天都跟惯性打交道,而且还可能不止一次的受过它的戏弄。比如,你跑的时候不小心,脚上被什么东西绊了一下,摔了个“嘴啃泥”,这是因为当你的脚给某个东西绊住的时候,上半身由于运动的惯性,继续向前冲去,于是身体失去了平衡,跌倒在地。有人飞快的骑自行车,突然一捏前刹,连人带车向前翻了过去,也是因为前轮已停止运动,但是后轮和人由于惯性还要继续向前运动的缘故。

    惯性并不总是跟人作对的,在许多场合,它也帮我们的忙。你的铁锤松了,只要把锤倒立,往石头上用力一砸,锤头就紧紧地固定在了锤把上。这是由于锤子忽然停住以后,锤头由于惯性,还要继续向下运动,从而就紧紧地套在了锤把上。在日常生活中,抖掉雨衣上的雨水或者衣服上的灰尘,都是利用了惯性。如果我们在冰上滑冰,由于阻力小,可以保持向前运动的惯性很长一段时间。

    航天飞行器在大气层外飞行,由于几乎是真空,遇到的阻力很小。依靠惯性就可以运动。这样我们就可以讨论为什么航天飞行器无需多少推进剂就可保持轨道速度,而飞机则必须不断的消耗燃料才能飞行?飞机在飞行中要受到外部的空气阻力,这个阻力会使飞机减速,要克服这个力就需要燃料为飞机提供动力。而在太空中飞行的航天器,所受到空气阻力的影响非常的小,结果飞行器达到轨道速度后无需继续消耗推进剂就可保持速度。

    如果不懂得惯性定律的道理就会闹笑话。一个人想利用地球的自转来进行免费旅行。他说,地球自西向东转,在他那个纬度的线速度差不多达到200米/秒。因此,他只要往上一跳,停在空中的一段时间,地球就转过了一段距离。而他落下来时,就到了另外一个地方。这种旅行纯属幻想。事实上,由于我们在地球上,跟随地球一起运动。因此跳起来以后,由于惯性,要继续保持原来的状态,跟地球一起旋转,落下来时,自然还是在同一个地方。

    (二)牛顿第二定律

    当我们骑自行车下马路时,速度会变得越来越快。而且坡越陡,速度就会增加得越快,这是由于重力加速度的分力大的原因。可见,对于同样质量的物体,所受的外力越大,加速度也越大。

    我们也注意到,火车起动时和进站时速度都是慢慢的变化的,而我们可以很快地使自行车停下来。可见,如果物体所受的外力相同,质量越大,加速度越小。

    以上是从我们生活感受得到的。牛顿第二定律告诉我们:物体受到外力作用所获得的加速度,和外力成正比,和它的质量成反比。用公式表示成:_____________________________ a=F/m。

    牛顿第二定律的应用是很广泛的。当要求物体能够灵活迅速地改变运动状态的时候,人们总是尽量减小物体的质量,或者增大对它的作用力。比如战斗机比轰炸机的质量小得多,就是为了在空战中能够出其不意地冲向敌机。

    反过来,当要求物体的运动状态尽可能稳定的时候人们总是尽量增大物体的质量。比如各种活塞式发动机都装有质量比较大的飞轮,就是为了在各个冲程中曲轴受力不均匀的情况下,防止曲轴转速变化过大,保证发动机平稳工作。

    还有,为了避免碰撞造成的危害,人们常常设法减小碰撞时候的加速度,使碰撞力减小。比如汽车在运送杯子等易碎品的时候,往往会往车厢时塞入木屑等松软物,就是这个道理。人从高处跳下,为了安全,总是要尽可能延长落地前那一段减速的时间,进行所谓的“软着陆”,也是这个道理。我们坐电梯时也能感受到,加速度的变化。电梯刚向上起动时,地板给身体一个向上的力,使我们感觉到自己的体重好像增加了似的,这就是“超重”现象。电梯快停时,我们会感到轻飘飘的,这就是“失重”现象。

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