我们认识力,其实是从力所产生的效果开始的。首先,我们从物体的形变来看力的作用效果。物体受到力的作用时会有相应的表现,称为力的作用效果。如竹竿受力时会变弯;沿弹簧的轴线方向拉弹簧,它会伸长,压它则缩短。
接下来,再由物体运动状态的改变来看力的作用效果。人们在生活中有这样的经验:球不踢,不动,桌子不推不动;踢出去的球不再受脚对它的力,最终要停下来,停止对桌子的推动,桌子也停下来。在历史上,古希腊学者亚里士多德对类似的现象进行思考,他认为:如果要使物体持续运动,就必须对它施加力的作用。在他看来,力是使物体运动的原因,运动要靠力来维持。
人们的许多生活经验或体验确实为科学奠定了基础;但也有相反的情况,有不少的生活经验或体验却被深入的科学研究证明是不科学的。在上述中,亚里士多德从他本人以及其他人的生活经验或体验出发,所概括出的力与物体运动的关系就是不正确的。
力与物体的运动到底是什么关系呢?
***1后来,伽利略通过类似***1的实验来说明问题。让小车每次都从斜面同一高度滑下,这样能保证小车到达平面时的运动速度相同。观察、比较小车在粗糙程度不同的平面上的运动情况,并进行推理。
就小车在平面上的运动情况看:已经运动着的小车,在阻力大的毛巾表面很快停下来,而在阻力小的木板表面要运动较大的距离才停下来。由此想象:如果在阻力更小的玻璃板上,它会运动得更远才停下来;如果平面是绝对光滑的呢?小车永远也不会停下来。
于是伽利略认为,运动着的物体不需要力来维持它的运动。如果物体不受力,它会以恒定不变的速度永远运动下去。牛顿通过进一步的研究,得出了一个重要的物理规律:一切物体在没有受到力的作用时,总保持匀速直线运动状态或静止状态。这就是牛顿第一定律。
大量的事实证明,伽利略、牛顿等人的结论是正确的,而亚里士多德的观点是不正确的。
牛顿第一定律实际上揭示了这样一个事实:既然物体的运动不需要力来维持,这说明一切物体本身都有保持它原有运动状态的性质(本领),物体的这种性质就称为惯性。因此,牛顿第一定律也称为惯性定律。
前面曾讲过,力的作用效果之一是能够改变物体的运动状态。那么,物体究竟受怎样的力时,运动状态才会改变呢?现在要回答这个问题将很简单。
(1)根据牛顿第一定律,物体在不受力作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态,运动状态不发生改变。
(2)根据所学的内容,物体在受平衡力作用时,也保持静止状态或匀速直线运动状态,运动状态也不发生改变。
很显然,只有当物体受不平衡力作用时,物体的运动状态才会改变。
比如推动桌子,桌子由静止变为运动,运动状态发生了改变,就是因为推力大于摩擦阻力(受不平衡力);物体做曲线运动时,运动方向不断改变(运动状态改变),也是因为受到不平衡力的作用。
【例1】小明用水平方向的力推静止在水平地面上的桌子,但没有推动。关于小明对桌子的推力与桌子受到的摩擦力的大小关系,下列说法正确的是()。
A推力小于摩擦力
B推力等于摩擦力
C推力大于摩擦力
解析:运用二力平衡知识来解题。桌子静止,处于平衡状态,因此桌子受平衡力的作用,所以推力等于摩擦力。故本题选B。
【例2】下列说法正确的是()。
A.在平衡力作用下,物体一定处于静止状态
B.力的作用效果是改变物体的运动状态或使物体发生形变
C.力的三要素完全相同的两个力,一定是一对平衡力
D.彼此不互相接触的物体不可能产生力的作用
解析:在平衡力作用下,物体有可能处于静止状态或匀速直线运动状态;力的作用效果有两个,一是改变物体的运动状态,二是改变物体形状;力的三要素完全相同的两个力方向相同,一定不是一对平衡力;不互相接触的物体不一定不产生力的作用,因此本题选B。
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