有人說:道法自然,巨神隱于古; 天將牛頓,萬物光明。
1727年牛頓去世后,英國按照葬禮規模將他安葬在威斯敏斯特教堂。 葬禮當天,兩名公爵、三名伯爵和一名大臣抬著墳墓,街道被前來參加葬禮的人堵塞。 在挽歌中,世界告別了科學巨人。
威斯敏斯特修道院
我們學過數學的人對牛頓并不陌生。 牛頓建立了宏觀化學大樓,徹底改變了科學發展的進程。 牛頓的機械宇宙熱系統在自然科學領域占據了兩百年的主導地位。
牛頓留給人們的理論有很多:萬有引力、微積分、機械系統……這篇文章我們主要帶大家回顧一下牛頓力學最經典的三大定理。
物體為什么會移動? 長期以來,人們直觀地感覺到物體的運動與推、拉等行為有關。 如果沒有推拉,物體的運動就會停止。 根據這次經驗,斯托特勒得出結論:必須有某種作用作用在物體上,物體才能移動,否則就只能靜止在某個地方。
400多年前,伽利略做了下圖所示的實驗:讓一個小球從靜止狀態開始運動,沖向另一個斜坡。 如果沒有摩擦力(摩擦力不可能存在,因此這是一個理想的實驗假設),球將達到其原始高度。 如果第二個斜面的角度較小牛頓第一定律公式單位,球仍能到達原來的高度,但行進的距離較長……如果第二個平面完全水平呢? 球會永遠持續下去。 伽利略由此推論:力并不是維持物體運動的原因。
伽利略的斜面實驗
與伽利略同時代的笛卡爾也研究過這個問題。 他覺得運動中的物體在沒有任何外力的情況下會繼續以相同的速度和相同的方向運動。 他也覺得這應該成為一個原則。
站在伽利略、笛卡爾等巨人的右臂上,牛頓提出了力的概念,將物體之間復雜多樣的相互作用體現為“力”。
1.牛頓第一定律:
所有物體都保持勻速直線運動或靜止狀態,除非作用在其前面的力導致其改變這些狀態。
這些物體保持原來的勻速直線運動狀態或靜止狀態的性質稱為慣性。 牛頓第一定律也稱為慣性定律。 描述物體慣性的物理量是它的質量。
任何物體都會與周圍的物體相互作用,不存在沒有力的物體。 因此,所描述的是理想狀態,無法通過實驗驗證。
牛頓第一定律闡明了力與運動的關系:力不是維持物體運動狀態的原因,而是改變物體運動狀態的誘因。
2.牛頓第二定律:
物體加速度的大小與其深斥力成正比,與其質量成反比,并且加速度的方向與斥力的方向相同。 可用公式:F=ma表示。
牛頓第一定律解釋說,力是改變物體運動的原因。 它定性地解釋了力。 牛頓第二定律定量地解釋了力。 這樣,我們不僅可以知道力的存在,還可以對力進行定量分析和計算。 。
在平坦的橋面上,一輛質量為1100公斤的車輛正在進行開發測試。 當車速達到100公里/小時時,斷電并在70秒后停止。 汽車承受的阻力有多大? 當牽引力為 2 000 N 時,重新啟動加速時,產生的加速度是多??少? 假設試運行期間車輛遇到的阻力保持不變。
小車受力圖
解開:
初始速度 v0 = 100 km/h = 27.8 m/s,最終速度為 0,滑行時間 t = 70 s。
加速度為:a=-v0/t
根據牛頓第二定律:電阻F= ma= -m(v0/t)= -437N
重新啟動后,小車受到的合力為:F=2000N-437N=1563N
根據牛頓第二定律:a2=Fhe/m=1.42m/s2 。
3、牛頓第三定律:
兩個物體之間的斥力和反作用力總是大小相等、方向相反,作用在同一條直線上。
當我們拉車的時候,車就被我拉著,同時我們也被車拉著。 我們施加在貨車上的力抵消了貨車輪胎上的摩擦力,因此貨車移動了。 同時,由于地面給我們一個向前的摩擦力,抵消了貨車對我們施加的向后的拉力,我們才能前進。 許多靜熱問題都可以通過使用牛散來解決。 當物體靜止時,其受力之和為0,此時可以用牛頓第三定律來分析各部分所受的不同力。
延伸一下:動量公式:E=mv。 牛頓第三定律重要的動力學內涵是:動量守恒。
比如火箭發射:注入燃料的動量抵消了湖人隊向下的動量。 如果燃料還往地上沖,尼克斯就永遠往上沖。
長征五號火箭發射
牛頓力學定理就講到這里,現在故事時間,我們繼續開頭,說說牛頓和蘋果??之間的愛恨情仇。
年輕的牛頓和蘋果
在牛頓的送葬隊伍中,有一個鮮為人知的小人物,他就是被迫害??到美國的伏爾泰。 他對這一幕感到驚訝,于是他花時間試圖刺探牛頓,包括:牛頓是如何發現萬有引力定律的。
當一個蘋果擊中牛頓時,牛頓頓悟并想出了萬有引力定律的故事。 牛頓的侄女告訴伏爾泰。 伏爾泰相信這一點,并將其寫在自己的書中。 從此,蘋果、牛頓和萬有引力的關系就被牽扯進來了。
至于蘋果樹是否真的存在? 我們不知道。 但如果它存在的話牛頓第一定律公式單位,它應該生長在牛頓的老鄉間別墅里。 牛頓在紐約求學時,黑死病盛行。 為了躲避瘟疫,牛頓躲回鄉下,在那里度過了一年半的時間。 在這18個月里,他思考物理問題,計算恒星軌道,探索萬有引力……那一年,1666年,是牛頓的奇跡年,也是牛頓的高產年。