1、力的分類
力是物體與物體之間的互相作用,單位是牛,記作N,依照形成的機制,自然界中的力可以分成四種:
⑴引力:由質(zhì)量造成,對質(zhì)量作用,一個有質(zhì)量的物感受對另一個有質(zhì)量的物體形成引力;
⑵電磁力:由電荷造成,對電荷作用,日常接觸到的好多作用,其微觀實質(zhì)都是電磁力,例如彈力、摩擦力等;
⑶強力:組成原子核的核子間的互相作用,例如質(zhì)子和質(zhì)子、中子和中子、質(zhì)子和中子之間的斥力;
⑷弱力:發(fā)生在放射性衰變中的互相作用,例如中子喪失一個電子弄成質(zhì)子,這個過程中發(fā)生的就是弱互相作用。
不僅根據(jù)形成機制分類,一般更多的還是依照性質(zhì)來分辨各類力,這些分類方式愈加直觀和便捷:
⑴重力:因為月球?qū)ξ矬w的吸引而形成的力,實質(zhì)就是引力。重力G的大小由物體的質(zhì)量m和所處位置的重力加速度g決定,,方向總是豎直向上;
⑵彈力:物體在力的作用下發(fā)生形變,因為要恢復原狀,會對與它接觸的物體形成力的作用,稱為彈力,其微觀實質(zhì)是電磁互相作用。彈力N的大小與形變程度有關(guān),形變量越大則彈力越大。
胡克定律:在彈性限度內(nèi),彈簧的彈力F的大小與彈簧的伸長(或減短)量x成反比,,為勁度系數(shù),單位N/m,由彈簧自身的性質(zhì)決定。
幾種常見彈力方向的判定方式:
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對于由輕繩形成的彈力,方向沿繩收縮的方向;
⑤對于由輕質(zhì)彈簧形成的彈力,方向沿彈簧形變的反方向;
⑥對于由輕桿形成的彈力,方向可以是任意的,由其它力共同決定。
⑶摩擦力:磨擦力發(fā)生在兩個互相接觸的粗糙面之間,其微觀實質(zhì)是電磁互相作用。根據(jù)接觸面之間是否存在相對運動,磨擦力可分為靜磨擦力和滑動磨擦力。
①靜磨擦力: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,存在靜磨擦力。靜磨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。靜磨擦力是一種被動力,其大小與物體所受其它外力有關(guān),但靜磨擦力有一個最大值fmax,超過最大值,物體間就要發(fā)生相對滑動。
【補充】靜磨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,例如人走路時靠的就是往前的靜磨擦力能夠行進,此時靜磨擦力充當動力而非阻力。汽車前進時也是借助內(nèi)胎與地面間的靜磨擦力就能往前運動。
②滑動磨擦力:當接觸面存在彈力,且接觸的物體間有相對運動,則存在滑動磨擦力。滑動磨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。滑動磨擦力的大小跟接觸面上的正壓力成反比,假如用表示滑動磨擦力的大小,用表示正壓力的大小,則有,稱為動磨擦質(zhì)數(shù),是一個反映接觸面本身化學性質(zhì)的數(shù)學量。
【理解要點】滑動磨擦力的方向跟相對運動方向相反。
注意,滑動磨擦力可以用公式估算,而靜磨擦力是不能用公式估算的,除非非常說明。
2、力的合成與分解
⑴力的合成
中學階段,只研究共點力的合成,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。因為力是矢量,既有大小又有方向彈力的方向與什么有關(guān),所以在合成時遵守矢量合成法則,即平行四邊形法則或三角形法則(六邊形法則)。
平行四邊形法則:
六邊形法則:
⑵力的分解
力的分解是力的合成的逆運算,有時為了易于剖析,須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,這么彈力的方向與什么有關(guān),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(shù)個,所以力的分解有無數(shù)種分法,實際問題中具體該怎么分解應按照須要進行有意義的分解。
假如分解得到的兩個分力相互垂直,稱為正交分解,是最常用的力的分解方式。