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牛顿运动定律

牛顿运动定律

此动画演示了艾萨克·牛顿爵士奠定了经典力学基础的三大运动定律。

物理

关键词

运动定律, 牛顿, 艾萨克·牛顿, 作用力, 加速, 动量守恒, 惯性系, 惯性, 反力, 直线运动, 拉力, 法, 引力, 摩擦力, 质量, 推力, 加速力, 反应, 公理, 力学, 自然哲学的数学原理, 结石, 功能分析, 物理, 实验, 物理学家, 数学家

相关附加项

问题

  • 如果一个运动的物体没有外力作用于它会发生什么?
  • 为什么我们必须对物体施加力来使其在地面上保持匀速直线运动?
  • 地球以1牛顿的力吸引一个球,这个球以多大的力吸引地球?
  • 不同质量的两个物体作用于彼此的引力有多大?
  • 相同的力作用于一个质量较大和一个质量较小的太空飞船,哪一艘太空飞船的加速度更快?
  • 物体的自然状态是什么?
  • 牛顿最重要著作的书名是什么?
  • 以下什么不是牛顿发表的?
  • 以下哪个不是牛顿活跃的领域?

场景

牛顿第一定律

  • 在受到外力作用之前,一个物体要么保持静止,要么保持匀速直线运动。
  • 动摩擦力 - 摩擦力作用于运动中的物体。这种力改变物体的运动状态,使其慢下来。(减速是负加速度。)如果摩擦力没有作用于物体,物体会做匀速运动。
  • 动摩擦力 - 摩擦力持续作用于运动中的物体,努力改变身体的运动状态。我们需要对身体施加力以保持其做匀速直线运动。我们需要这种力来克服另一种力——摩擦力。
  • 拉力 - 需要此力作用于运动中的物体,因为摩擦使其减速。当拉力和摩擦力大小相等,方向相反时,即当作用于物体的净力为零时,物体做匀速直线运动。因而,在桌面上运动的物体速度变慢并最终停下来并不与牛顿的第一定律相矛盾,因为摩擦力持续作用于物体。
  • 物体加速度的大小与作用力成正比, 加速度的方向与作用力相同(F = ma)
  • 推力 - 发动机对太空飞船施加推力从而使其加速度。太空飞船在太空中进行匀速直线运动(或保持静止),因为那里几乎没有摩擦力。
  • 推力相等
  • 质量较小的物体
  • 质量较大的物体 - 在相等的推力作用于它们之时,质量较大的物体加速度较小。质量是物体在受力加速度之时的阻力,即惯性单位或惯性质量。
  • 质量相等
  • 推力较小
  • 推力较大 - 如果两个物体质量相等,受较大的力作用的物体加速度更快。
  • 当一个物体对另一个物体施力时, 第二个物体同时也对第一个物体施力。 两种力大小相等,方向相反。
  • - 宇航员对球施加此力;它使球加速度。
  • 反作用力 - 球对宇航员施加此力;它使宇航员加速度。
  • - 它将子弹推出枪筒。
  • 反作用力 - 它使枪弹回。
  • 反作用力 - 球对地板施力,而地板也对球施以大小相等但方向相反的力,这就是球弹回来的原因。
  • 力(重量) - 苹果用此力吸引树枝或测力计。
  • 反作用力 - 树枝或测力计用此力吸引苹果。它平衡苹果的重力,要不然苹果会在某个方向加速度。
  • 力(重量) - 地球用此力吸引苹果。
  • 反作用力 - 苹果用此力吸引地球。

根据牛顿第一运动定律,任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态,直到外迫使它改变运动状态为止。因而运动是一种力会改变而不是保持的状态。

牛顿之前的科学家们认为,需要力来保持运动,因为物体在力作用于它们之前会保持静止。实际上,既需要停止运动,又需要力来发起运动;然而,摩擦力很容易欺骗我们。

在桌面运动的物体会停下来不是因为没有作用于它,而是因为摩擦力作用于它,这改变了物体的运动状态。为了让这个物体保持匀速直线运动,我们必须对其施加。然而,我们只能用此力来抵消摩擦力

惯性只适用于特定的参考系,称为惯性参考系,零加速度适用于这个参考系。例如,一辆加速度的汽车不属于惯性参考系:即便没有力作用于我们,我们坐在车内也紧靠着座椅。此惯性参考系颇具代表性的一个例子是在无摩擦力的外太空运动的太空飞船,远离巨大的天体。

牛顿第二定律

  • 在受到外力作用之前,一个物体要么保持静止,要么保持匀速直线运动。
  • 动摩擦力 - 摩擦力作用于运动中的物体。这种力改变物体的运动状态,使其慢下来。(减速是负加速度。)如果摩擦力没有作用于物体,物体会做匀速运动。
  • 动摩擦力 - 摩擦力持续作用于运动中的物体,努力改变身体的运动状态。我们需要对身体施加力以保持其做匀速直线运动。我们需要这种力来克服另一种力——摩擦力。
  • 拉力 - 需要此力作用于运动中的物体,因为摩擦使其减速。当拉力和摩擦力大小相等,方向相反时,即当作用于物体的净力为零时,物体做匀速直线运动。因而,在桌面上运动的物体速度变慢并最终停下来并不与牛顿的第一定律相矛盾,因为摩擦力持续作用于物体。
  • 物体加速度的大小与作用力成正比, 加速度的方向与作用力相同(F = ma)
  • 推力 - 发动机对太空飞船施加推力从而使其加速度。太空飞船在太空中进行匀速直线运动(或保持静止),因为那里几乎没有摩擦力。
  • 推力相等
  • 质量较小的物体
  • 质量较大的物体 - 在相等的推力作用于它们之时,质量较大的物体加速度较小。质量是物体在受力加速度之时的阻力,即惯性单位或惯性质量。
  • 质量相等
  • 推力较小
  • 推力较大 - 如果两个物体质量相等,受较大的力作用的物体加速度更快。
  • 当一个物体对另一个物体施力时, 第二个物体同时也对第一个物体施力。 两种力大小相等,方向相反。
  • - 宇航员对球施加此力;它使球加速度。
  • 反作用力 - 球对宇航员施加此力;它使宇航员加速度。
  • - 它将子弹推出枪筒。
  • 反作用力 - 它使枪弹回。
  • 反作用力 - 球对地板施力,而地板也对球施以大小相等但方向相反的力,这就是球弹回来的原因。
  • 力(重量) - 苹果用此力吸引树枝或测力计。
  • 反作用力 - 树枝或测力计用此力吸引苹果。它平衡苹果的重力,要不然苹果会在某个方向加速度。
  • 力(重量) - 地球用此力吸引苹果。
  • 反作用力 - 苹果用此力吸引地球。

根据牛顿第二运动定律,物体加速度的大小跟作用于物体的净比。

如果作用于物体的力增加两到三倍,身体的加速度也会增加两到三倍。比例系数为质量。如果物体的质量大两到三倍,在作用力相等的情况下,其加速度两到三倍。

质量规定了物体对加速度的阻力;因而质量是惯性单位。

公式为F=ma。

质量的计量单位为千克,加速度的计量单位为m/s²。因而力的计量单位为千克(m/s²),或牛顿 (N)。

使1千克的质量以1 m/s²的速度加速度需要1牛顿的力。

牛顿第三定律

  • 在受到外力作用之前,一个物体要么保持静止,要么保持匀速直线运动。
  • 动摩擦力 - 摩擦力作用于运动中的物体。这种力改变物体的运动状态,使其慢下来。(减速是负加速度。)如果摩擦力没有作用于物体,物体会做匀速运动。
  • 动摩擦力 - 摩擦力持续作用于运动中的物体,努力改变身体的运动状态。我们需要对身体施加力以保持其做匀速直线运动。我们需要这种力来克服另一种力——摩擦力。
  • 拉力 - 需要此力作用于运动中的物体,因为摩擦使其减速。当拉力和摩擦力大小相等,方向相反时,即当作用于物体的净力为零时,物体做匀速直线运动。因而,在桌面上运动的物体速度变慢并最终停下来并不与牛顿的第一定律相矛盾,因为摩擦力持续作用于物体。
  • 物体加速度的大小与作用力成正比, 加速度的方向与作用力相同(F = ma)
  • 推力 - 发动机对太空飞船施加推力从而使其加速度。太空飞船在太空中进行匀速直线运动(或保持静止),因为那里几乎没有摩擦力。
  • 推力相等
  • 质量较小的物体
  • 质量较大的物体 - 在相等的推力作用于它们之时,质量较大的物体加速度较小。质量是物体在受力加速度之时的阻力,即惯性单位或惯性质量。
  • 质量相等
  • 推力较小
  • 推力较大 - 如果两个物体质量相等,受较大的力作用的物体加速度更快。
  • 当一个物体对另一个物体施力时, 第二个物体同时也对第一个物体施力。 两种力大小相等,方向相反。
  • - 宇航员对球施加此力;它使球加速度。
  • 反作用力 - 球对宇航员施加此力;它使宇航员加速度。
  • - 它将子弹推出枪筒。
  • 反作用力 - 它使枪弹回。
  • 反作用力 - 球对地板施力,而地板也对球施以大小相等但方向相反的力,这就是球弹回来的原因。
  • 力(重量) - 苹果用此力吸引树枝或测力计。
  • 反作用力 - 树枝或测力计用此力吸引苹果。它平衡苹果的重力,要不然苹果会在某个方向加速度。
  • 力(重量) - 地球用此力吸引苹果。
  • 反作用力 - 苹果用此力吸引地球。

根据作用与反作用定律(牛顿第三定律),当一个物体对另一个物体时,第二个物体同时也对第一个物体施力。两种力大小相等方向相反。这意味着力总是成对作用的。

这一原理还运用在火箭中。喷嘴燃烧排放的气体产生的力是作用力反作用力从相反的方向推动火箭。

我们的地面施力,而地面以相同的力支撑着我们的脚。地球吸引物体的力等于物体吸引地球的力。

小测验

相关附加项

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