《03电子课文●第三章牛顿运动定律.docVIP

电子课文●第三章? 牛顿运动定律 ? 前一章我们学习了怎样描述物体的运动，但是没有进一步讨论物体为什么会做这种或那种运动．要讨论这个问题，必须知道运动和力的关系．在力学中，只研究物体怎样运动而不涉及运动和力的关系的分科，叫做运动学；研究运动和力的关系的分科，叫做动力学． 动力学知识在生产和科学研究中是很重要的．设计各种机器，控制交通工具的速度，研究天体运动，计算人造卫星的轨道等等，都离不开动力学知识． 动力学的奠基人是英国科学家牛顿．牛顿在1687年出版了他的名著《自然哲学的数学原理》．在这部著作中，牛顿提出了三条运动定律，这三条定律总称为牛顿运动定律，是整个动力学的基础．这一章我们要学习的就是牛顿运动定律． 图3-1是牛顿和他写的著名的《自然哲学的数学原理》一书的扉页．牛顿运动定律在此书中首次发表． 电子课文●一? 牛顿第一定律 ? 历史的回顾? 远在两千多年以前，人们已经提出了运动和力的关系问题．可是直到伽利略和牛顿时代，才对这个问题给出了正确的答案． 在17世纪前人们普遍认为力是维持物体运动的原因．用力推车，车子才前进，停止用力，车子就要停下来．古希腊的哲学家亚里士多德（公元前384—前322）根据这类经验事实得出结论说：必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就要静止下来． 在亚里士多德以后的两千年内，动力学一直没有多大进展．直到17世纪，意大利著名物理学家伽利略才根据实验指出，在水平面上运动的物体所以会停下来，是因为受到摩擦阻力的缘故．设想没有摩擦，一旦物体具有某一速度，物体将保持这个速度继续运动下去． 伽利略还根据下面的理想实验进行推论．如图3-2甲所示，让小球沿一个斜面从静止滚下来，小球将滚上另一个斜面．如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度．他推论说，如果减小第二个斜面的倾角（图3-2乙），小球在这个斜面上达到原来的高度就要通过更长的路程．继续减小第二个斜面的倾角，使它最终成为水平面（图3-2丙），小球就再也达不到原来的高度，而沿水平面以恒定速度持续运动下去． 理想实验是科学研究中的一种重要的方法，它把可靠事实和理论思维结合起来，可以深刻地揭示自然规律． 伽利略的实验虽然是想像中的实验，但它是建立在可靠的事实基础之上的．这类理想实验以可靠的事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，从而更深刻地揭示了自然规律． 伽利略同时代的法国科学家笛卡儿（1596—1650）进一步补充和完善了伽利略的论点，他认为：如果没有其他原因，运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向．笛卡儿为发展动力学又迈出了重要的一步． 电子课文●实验 ? 我们可以用气垫导轨近似地验证上述结论．把物体放在一个水平导轨上，并设法使物体和导轨之间形成气层，物体沿这种气垫导轨运动时受到的阻力很小，推动一下物体，可以看到物体沿气垫导轨的运动很接近匀速直线运动． 牛顿第一定律? 牛顿在伽利略等人的研究基础上，并根据他自己的研究，系统地总结了力学的知识，提出了三条运动定律，其中第一条定律的内容是： 一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止． 这就是牛顿第一定律．物体的这种保持原来的匀速直线运动或静止状态的性质叫做惯性．牛顿第一定律又叫做惯性定律． 当汽车突然开动的时候，汽车里的乘客会向后面倾倒（图3-3甲）．这是因为汽车已经开始前进，乘客的下半身随车前进，而上半身由于惯性还要保持静止状态的缘故．当汽车突然停止的时候，汽车里的乘客会向前面倾倒（图3-3乙）．这是因为汽车已经停止，乘客的下半身随车停止，而上半身由于惯性还要以原来速度前进的缘故．一切物体都具有惯性，物体的运动并不需要力来维持．惯性是物体的固有性质，不论物体处于什么状态，都具有惯性． 任何物体都和周围的物体有相互作用，不受外力作用的物体是不存在的，所以牛顿第一定律所描述的物体不受外力的状态是一种理想化的状态．这种状态虽然不可能实现，但牛顿第一定律却正确揭示了运动和力的关系：力不是维持物体速度的原因，而是改变物体速度的原因．这就使人们的认识走上了正确的道路，为力学的发展奠定了坚实的基础． 电子课文●二? 物体运动状态的改变 ? 力是物体产生加速度的原因? 一个物体，如果它的速度的大小和方向都保持不变，我们就说，这个物体的运动状态保持不变．如果这个物体的速度发生了改变，即速度的大小和（或）方向发生了改变，我们就说，这个物体的运动状态发生了改变． 牛顿第一定律告诉我们，物体如果没有受到力的作用，物体的运动状态不发生改变．由此可以知道，如果物体的运动状态发生了改变，必定要有力作用在物体上． 列车出站时，在机车牵引力的作用下，由静止开始运动，并且速度不断增大；列车进站时，由于受到阻力的作用