牛頓運動定律包括三條,分別是牛頓第一定律、牛頓第二定律、牛頓第三定律。
牛頓第一定律
牛頓第一定律指出,如果作用在物體上的合力為零,則靜止的物體將保持靜止狀態,勻速直線運動的物體將繼續勻速直線運動。
想想你周圍的物體,例如桌子、石頭或其他任何物體。一張靜止的桌子,如果沒有被移動或受到外力(例如推力或拉力)作用,就會保持靜止。其他靜止的物體也是如此。桌子、石頭或其他任何靜止的物體就沒有受到力的作用嗎?當然有力作用在物體上,但所有作用力的總和(即總力)等於零。作用在地球等行星表面的靜止物體上的力是重力(ω)和 法向力 (牛頓)重力的方向垂直向下指向地心,法向力的方向垂直向上。這兩個力的大小相等,方向相反,因此合力為零。
如果一個物體以恆定速率沿直線運動呢?為了說明這一點,假設你推動一個物體,例如一塊金屬,在地板上移動。被推動後,由於阻力的存在,金屬塊會減速,然後停止。 摩擦力為了讓金屬塊移動得更遠或更持久,必須使地面和金屬塊的表面都光滑。地面和金屬塊的表面越光滑,金屬塊移動得越遠。如果地面完全光滑且沒有摩擦力,金屬塊會持續移動而不會停止。那麼,在完全光滑的地面上移動的金屬塊是否不受任何力量的作用呢?實際上,金屬塊會受到力的作用,即重力和正壓力。這兩個力沿著垂直方向作用,如果地面完全光滑,它們不會影響金屬塊的水平運動。
牛頓第二定律
牛頓第二定律指出,如果作用在物體上的合力不為零,物體就會產生加速度。加速度的大小與合力的大小成正比,與物體的質量成反比。加速度的方向與合力的方向相同。
ΣF = ma(1.2)
說明:ΣF = 總力(kg·m/s)2),m = 質量(kg),a = 加速度(m/s²)。2)
公式 1.2 是牛頓第二定律的數學表述。
如果加速度的大小等於零(a = 0),則公式 1.2 變成公式 1.1。因此,牛頓第一定律是牛頓第二定律的一個特例。
根據公式 1.2,可以下結論:力越大,加速度越大;反之,質量越大,加速度越小。透過相關實驗,可以更好地理解力、質量和加速度之間的關係。例如,可以用自由落體來加速軌道上的動態列車,並使用計時器來測量列車的加速度。
牛頓第三定律
牛頓第三定律指出,如果物體1對物體2施加一個力,那麼物體2也同時對物體1施加一個力。這兩個力的大小相等,方向相反。一個力稱為作用力,另一個力稱為反作用力(作用力-反作用力)。
F行動 = – F反應 (1.3)
公式 1.3 是牛頓第三定律的數學表述。公式 1.3 中的負號表示力的方向。
做一個實驗來更好地理解牛頓第三定律。如果你有一塊滑板,站在上面用力推牆。推牆之後,滑板會往後移動。你的推力是向前的,而滑板向後移動。這表示牆也在對你施加推力。當你推牆的時候,牆壁也在對你施加推力。你的推力作用在牆上,而牆的推力作用在你身上。這兩個力大小相等,方向相反。你可以把其中一個力稱為作用力,另一個力稱為反作用力。
你還可以做另一個實驗:吹一個橡膠氣球,然後在氣球充滿空氣後鬆手。放手後,氣球會「飛」起來。氣球的運動方向與空氣逸出的方向相反。這是怎麼解釋的呢?當氣球的開口被鬆開時,氣球會將空氣推出。同時,空氣也會推動氣球。空氣的推力使氣球飛了起來。氣球的推力作用於空氣,空氣的推力也作用於氣球。這兩個力大小相等,方向相反。
問題範例
1. 有4個物體,香蕉=4公斤,書=0,8公斤,籃球=3,5公斤,芒果=1,2公斤。籃子在粗糙的平面上以30牛頓的力拉動(μ = 0,4)。為了使籃子正常移動(忽略籃子的質量),必須放入籃子中的物體是…
彭巴哈桑
我們都知道:
香蕉的質量(m)1) = 4 kg
書籍品質(m)2) = 0,8 kg
球的質量(m)3) = 3,5 kg
芒果品質(m)4) = 1,2 kg
拉力 (F) = 30 N
靜摩擦係數(μs)= 0,4
重力加速度 (g) = 10 公尺/秒²2
忽略籃子的質量
靜摩擦力(f)s) 當物體處於靜止狀態即將運動時起作用,而動摩擦力當物體運動時起作用。
問: 物體的質量
答:
當拉力 (F) 的大小等於靜摩擦力 (f) 的大小時,籃子將恰好移動。s).
計算靜摩擦力的大小(f)。s):
fs = μs N = μs w = μs mg = (0,4)(m)(10)
fs = 4米
確切的籃子會移動:
F = fs
30 = 4 米
m = 30/4
m = 7,5公斤
香蕉質量 4 公斤 + 球質量 3,5 公斤 = 7,5 公斤
必須放入籃子裡的物品是香蕉和球。
2. 2014/2015學年高中/碩士物理全國統考題第5題
如圖所示,質量為 6 kg 的物體 A 和質量為 4 kg 的物體 B 透過繩子連接,並受到 F = 60 N 的拉力。
如果系統在運動,且動摩擦係數為地面表面,兩個物體均為 0,5 (tg) θ = 3/4),且 g = 10 ms-2如果是這樣,那它就很大了。是的,連接這兩個物體的T形繩的張力是…
A. 28,8 N
B. 30,0 N
C. 39,6 N
D. 48,0 北
東 50,0 北
彭巴哈桑
已知:
物體 A 的質量 (m)A) = 6 kg
物體 B 的質量 (m)B) = 4 kg
拉力 (F) = 60 牛頓
物體與地面之間的動摩擦係數(μ)k)= 0,5
重力加速度 (g) = 10 公尺/秒²2
正切值 θ = 3/4
問: 它很大嗎?是的,繩索張力T
回答 :
力 F 的水平分量:
Fx = F cos θ
Fx = (60)(4/5) = (4)(12) = 48 N
力 F 的垂直分量:
Fy = F sin θ
Fy = (60)(3/5) = (3)(12) = 36 N
物體A受到的正壓力:
NA = wA =米A g = (6)(10) = 60 N
物體 B 的正壓力:
NB + Fy -wB = 0
NB + Fy = wB
NB = wB - F。y =米B g – Fy = (4)(10) – 36 = 40 – 36 = 4 N
物體A與地面之間的動摩擦力:
fkA = μk NA = (0,5)(60) = 30 N
物體 B 與地面之間的動摩擦力:
fkB = μk NB = (0,5)(4) = 2 N
計算兩個物體的加速度:
ΣF = ma
Fx – T + T – fkB - FkA = (米A + 米B)的
繩子 T 中的張力沿著繩子的長度方向大小相等,方向相反,因此從方程式中消除。
Fx - FkB - FkA = (米A + 米B)的
48 – 2 – 30 = (6 + 4) a
16 = 10 a
a = 16/10
a = 1,6 公尺/秒2
計算繩索的張力T:
考慮物體 A。作用在物體 A 上的水平力包括向右的繩索張力 (T) 和動摩擦力 (f)。kA) 即左側。
ΣF = ma
TA - FkA =米A a
TA - 30 = (6)(1,6)
TA - 30 = 9,6
TA = 9,6 + 30 = 39,6 牛頓
考慮物體 B。作用在物體 B 上的水平(水平)方向的力為力 F。x 向右的動摩擦力(f)kB)以及向左的繩索張力(T)。
ΣF = ma
Fx - FkB - T.B =米B a
48 – 2 – TB = (4)(1,6)
46 - 噸B = 6,4
46 – 6,4 = TB
TB = 39,6Ň
因此,作用在物體 A 上的繩子中的張力為 (T)。A) = 作用在物體 B 上的繩索張力 (TB) = 39,6 牛頓。
正確答案是C。
3. 2014/2015學年高中/碩士物理全國統考題第5題
請看下圖!
在力 F 的作用下,物體系統會發生運動。如果地面粗糙,且兩個物體與地面之間的動摩擦係數為 0,2,那麼這兩個物體所受到的加速度是多少? (cos θ = 0.2) 37o = 0,8,罪37o = 0,6)
A. 2,6毫秒-2
B. 4,0毫秒-2
C. 5,2毫秒-2
D. 7,8毫秒-2
E. 10,2毫秒-2
彭巴哈桑
已知:
物體 A 的質量 (m)A) = 4 kg
物體 B 的質量 (m)B) = 2 kg
拉力 (F) = 30 牛頓
物體與地面之間的動摩擦係數(μ)k)= 0,2
重力加速度 (g) = 10 公尺/秒²2
cos 37o = 0,8
罪過37o = 0,6
問: 這兩個物體分別經歷怎樣的加速度?
回答 :
力 F 的水平分量:
Fx = F cos θ
Fx = (30)(0,8) = 24 N
力 F 的垂直分量:
Fy = F sin θ
Fy = (30)(0,6) = 18 N
物體A受到的正壓力:
NA = wA =米A g = (4)(10) = 40 N
物體 B 的正壓力:
NB + Fy -wB = 0
NB + Fy = wB
NB = wB - F。y =米B g – Fy = (2)(10) – 18 = 20 – 18 = 2 N
物體A與地面之間的動摩擦力:
fkA = μk NA = (0,2)(40) = 8 N
物體 B 與地面之間的動摩擦力:
fkB = μk NB = (0,2)(2) = 0,4 N
計算兩個物體的加速度:
ΣF = ma
Fx - FkB - FkA = (米A + 米B)的
24 – 0,4 – 8 = (4 + 2) a
15,6 = 6 a
a = 15,6/6
a = 2,6 公尺/秒2
正確答案是 A。