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【討論】牛頓運動定律—物理筆記
發表于: 2022/12/24
力與物體的運動狀態:
A、古希臘時代:
(1)西元前四世紀時,亞里斯多德提出:
甲、物體在自然狀態下,重物會落至地面,例如石頭;輕物則會向上飄,例如空氣。
乙、物體在水平方向為靜止狀態,除非對物體施定力,否則物體無法維持等速度運動。
丙、地球為宇宙的中心,所有物體有朝向地球運動的自然狀態。
(2)此力學觀念影響西方約 2000 年。
B、伽利略的主張:
(1)慣性實驗: 甲、小球沿著斜面向下滑行時,運動速率會加快,為加速度運動;小球沿著斜面向上滑行時,運動速率會減慢,為減速度運動。
推論:小球在水平面上運動,應為等速度運動。
乙、小球從左邊的高度 H 滑下,會停在右邊相同高度:若將斜面的斜角減小,小球仍應達到同樣的高度。 推論:若將斜面降低至平面時,小球無法達到相同高度,將持續前進,永不停止。
https://img.yamol.tw/file/63a69d2d62e4a.jpg
(2)主張: 物體若不受外力時,則靜者恆靜,動者恆沿著直線做等速度運動。
(3)否定亞里斯多德的主張,認為物體在水平面上運動,不需施力即可維持等速度運動。
牛頓第一運動定律:
A、慣性:
(1)定義:物體維持原有運動狀態的傾向,此種傾向即為慣性。
(2)性質:
甲、物體的慣性和質量有關,質量愈大,運動狀態愈不易改變,其慣性愈大。
乙、慣性大的物體,不易加速,亦不容易停止。
丙、欲打破物體的慣性,使其產生加速度,則需對物體施予外力,因此外裡可改變物體的慣性。
丁、兩質量不同的物體,受到相同的作用力,則質量大的物體,運動狀態不易變化,因此末速較小,而質量小的物體,速度變化則較大,其末速較大。
B、牛頓第一運動定律:
(1)又稱為慣性定律。
(2)內容:
物體不受外力,或所受外力之合力為零時,則靜止恆靜,動者恆做等速度直線運動。 (3)意義:
甲、慣性定律為牛頓依自己的研究成果,加上伽利略的假想實驗而提出。
乙、 慣性定律打破過去亞里斯多德『物體需受力才能產生運動』的觀念。
丙、由於物體不需受力即可維持原來的運動狀態,因此需施力才能改變運動狀態,才有第二定律的產生。
丁、因此慣性定律並不是牛頓運動定律的特例。
(4)實例: 甲、將銅幣放在靜置於水杯上的紙板,突然用力將紙板彈開時,銅幣因保持靜止的慣性,會垂直落於水杯中。
乙、向東行駛的火車內,發現水杯突然呈現東邊高西邊低的情形,可能因火車向東行駛時,突然煞車減速,因此杯中的水保持運動的慣性,所以呈現前高後低的現象;或 是因為火車向西行駛時,突然向西加速,而杯中的水保持原來速度較慢的慣性,所 以導致前低後高的現象。
丙、石塊以細繩綁住,懸吊於天花板上,若施力慢慢拉動,因力的傳遞,因此丙繩先斷 裂,若突然猛拉時,石塊因保持靜止的慣性,則乙繩先斷裂。
丁、公車由靜止突然開動時,車上乘客會因身體保持靜止的慣性,因而向後傾;行駛中 的公車突然緊急煞車時,車上乘客會因身體維持運動的慣性,因而向前傾。
戊、拍打衣服,以除去灰塵、拍打板擦。
己、快速旋轉的雨傘,因水滴在傘面上的附著力小於旋轉所需向心力,導致水滴脫離傘面,因慣性作用,水滴沿著運動路徑的切線方向飛出。
庚、選手參加百米賽跑,抵達終點時,選手保持運動的慣性,因此無法快速地停止。 辛、
圖(一):足球在地面上若不受外力,則足球始終保持靜止。
圖(二):用力踢足球時,足球受外力才改變原來狀態,由靜止開始飛出。
圖(三):足球在飛行過程,在水平方向不受外力作用,因此維持運動的慣性,水平 方向等速前進。
圖(四):足球觸碰攔網,水平方向由於受到阻力,因此改變運動狀態,終至停止。
https://img.yamol.tw/file/63a69efd3f085.jpg
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牛頓第三運動定律(作用力與反作用)
A、又稱為作用力與反作用力定律。
B、內容:
(1)兩物體互相施力作用時,彼此會產生作用力與反 作用力。
(2)作用力與反作用力量值相等,方向相反,兩力同時產生,同時消失,因此作用時間相等。
(3)作用力與反作用力因不同物體受力,因此不能抵消。
(4)電風扇吹帆,帆給電風扇反作用力,但兩者在同一系統內,因此彼此的作用力稱為內力,此時的內力會互相抵消,因此船無法移動;欲使船前進,必須將電風扇轉向後吹,則電風扇給空氣向後的推力,空氣給電風扇向前的反作用力,因此船才能前進。
C、生活實例:
(1)蘋果在樹上,地球吸引蘋果的重力向下,蘋果吸引地球的反作用力向上。
(2)端午節划龍舟,槳給水作用力,水給槳反作用力,龍舟因此前進。
(3)火箭或噴射引擎的動力,是利用引擎燃燒產生的氣體向後噴,藉反作用力前進。
(4)婷婷和凱凱玩碰碰車,兩車互撞時,婷婷給凱凱作用力,凱凱給婷婷反作用力。
(5)跳水時,選手以腳用力蹬向跳板,藉著反作用力前進。
(6)大砲發射砲彈時,砲管給砲彈向前的推力,砲彈給砲管向後的反作用力,於是形成砲彈發射時的後座力。
(7)公園草地上的自動灑水器自藉著水向前噴出時,產生反作用力,使灑水器自動旋轉後退。
(8)人跳離船上,踏上岸邊時,人給船向後的作用力,船給人向前的作用力,可見道人前進,船後退。
(9)游泳時,手用力將水向後撥動,藉著反作用力前進。
(10)游泳比賽時,選手以腳用力蹬牆,藉著反作用力前進。
平衡力:
A、定義: 同一物體受到兩個不同方向的作用力,此兩力量值相等,但是方向相反,兩力互相抵消, 因此合力為零。
B、實例:
https://img.yamol.tw/file/63a69fe8b8691.jpg
(1)如圖(一),對書而言: 地球給書的作用力方向朝下,桌給書的作用力方向朝上,書同時受到向上及向下的力, 因此合力=0,兩者互為平衡力。
(2)如圖(二),對吊燈而言: 地球給吊燈的重力方向朝下,天花板給吊燈的拉力方向朝上,吊燈同時受到向上及向下 作用力,因此合力=0,兩者互為平衡力。
(3)如圖(三),對碗而言: 地球對碗的重力方向朝下,水對碗的作用力(浮力)方向朝上,碗同時受到向上下向下的 作用力,因此合力=0,兩者互為平衡力。
https://img.yamol.tw/file/63a6a032c0a07.jpg
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