潜知识-24.物理篇-010:力是什么?

目录

  • 〇、前言
  • 一、生活中的力
  • 二、力的定义和本质
  • 三、补充知识
  • 四、力学难学的原因
  • 五、结语

〇、前言

有不少同学觉得力学难学,究其原因,力这东西比较抽象,而同学们缺乏抽象联系实际的能力。本文尝试通过一些例子和补充知识点来帮助提高这种联系能力。

一、生活中的力

生活中,大家会有意无意地提及这些力:

名称 说明
推力 你推门时的力
拉力 你提手袋时的拉力
风力 树叶被风吹得晃动的力
碰撞力 你被别人撞了一下,因为受到碰撞力而被撞开甚至跌倒
摩擦力 你拧开饮料瓶的瓶盖时用的力
压力 一块海绵,你在上面放一只杯子,海绵受到压力而变扁
重力 你把笔提到空中,然后放手,笔会因为受到重力而跌落到地上
磁力 磁铁吸引铁块时所表现出来的力

请记住这些力的名称,下面会通过它们来解释力的本质。

二、力的定义和本质

被定义为:

  1. 物体之间的相互作用
  2. 改变物质运动状态的原因

这两个定义,其实已经说出了力的本质,都可以被关联到上述的力的例子中。只是因为它们过于抽象,所以同学们觉得难以理解。
下面我们先补充一些基础知识,然后再关联那些例子,希望让你有豁然开朗的感觉。

三、补充知识

要理解力的本质,需要一些基础知识。你觉得力难以理解,可能正是因为缺乏了其中的一些知识点,所以请先认真理解一下。

三.1、静止也是一种运动状态

  • 老师:静止也是一种运动状态。
  • 学生:什么?静止跟运动不是对立、矛盾的吗?
  • 老师:“静止”和“运动”都是状态,只是这类状态我们称之为“运动状态”。
  • 学生:如何理解“静止”也是一种“运动状态”呢?
  • 老师:你银行账号里有100元,这叫“有余额”;你把它取出来了,里面就没钱了,这种没钱的状态也叫“有余额”,只是余额为0元。
  • 学生:“有余额”类比于“运动状态”,“余额为0元”类比于“静止”?
  • 老师:对!就这么理解。

三.2、力的两大种类

我们可以按接触与否把力分为两类:

种类 例子 特征
接触力 推力、风力 需要两个物体接触才能体现出来、产生作用
非接触力 重力、磁力 不需要接触即可体现出来、产生作用

注意,风力也是一种接触力,施力的是空气;风是气压差引起的气体流动。

三.3、力是相互作用的

所谓相互作用,你理解为有反作用力就可以了,具体可以结合生活中的体验来理解一下:

  • 你推门时,你能感受到门的“阻力”,你这感觉其实就是门对你的手的反作用力;
  • 你把一瓶水提起来,你感受到它有重量,那是那瓶水对你的手的反作用力;
  • 你把一块小磁铁放在桌面上,然后把铁块靠近磁铁,靠得差不多时,磁铁会被突然被吸引到铁块上----这是铁块对磁铁的反作用力。

有些同学可能有疑惑:好像不是所有场景都有反作用力吧,

  • 例如,我推门,门被我推开了,但我并没有因为推门而后退呀?
  • 再比如,苹果因为地球引起而落到地面上,但我并没有感觉地球因为苹果的反作用力而动呀?

要消除这点疑惑,请看下一节。

三.4、有力并不一定就改变运动状态

有力并不一定就改变运动状态。例如:

  • 你用力推一堵墙,你站得很稳,结果墙不动,你也没往后退;
  • 你尝试拧开一瓶饮料,但瓶盖太紧,没有拧开;
  • 一只灯泡被电线悬挂在半空中,受到重力,但没有往下掉;
  • 一艘船浮在水面上,虽然受到重力,但没有下沉。

上述例子,有力在作用,但都没有运动,因为它们都处于一种平衡状态,或者说,一方的力没有超过另外一方的承受力的极限。

这里分别就平衡原因和破坏平衡的方式分别说明。

A、平衡原因:

序号 场景 原因
1 墙不动你不动 墙因自身物质结构而有的支撑力,它对你的身体有反作用力,此反作用力与你脚底与地面间的摩擦力达到平衡状态
2 瓶盖没拧开 你手与瓶盖外侧的摩擦力,没有超过瓶盖内侧与瓶口间的摩擦力,因而处于一种平衡状态
3 灯泡没往下掉 灯泡受到的重力,没有超过电线能承受的拉力,因而处于一种平衡状态
4 船没有下沉 船受到地球的引力,但这引力小于船受到的水对船的浮力,因而处于一种平衡状态

B、打破平衡的方法:

序号 场景 方法
1 墙不动你不动 把书堆成50厘米高,然后用手去推,以此来模拟推墙壁
2 瓶盖没拧开 用布或衣服盖在盖在外面,再去拧,以此加大拧瓶盖的摩擦力
3 灯泡没往下掉 把电线换成蜘蛛丝,蜘蛛丝承受不了灯泡重量而断开,灯泡往下掉 (同学们在家切莫模仿
4 船没有下沉 往船上装更多东西,使其总重量超过其能受到的最大浮力,船就沉了

三.5、惯性与力的关系

这一点因为较长需要单独成文。你先记住这两点再往下读吧:

  • 滚动的足球最终停下来,是因为受到摩擦力,因而速度在慢慢减少,最后速度减为0,就停下来了;
  • 你推着一辆小推车,让它匀速前进,此时,你用在小推车上的推力和它受到地面的摩擦力平衡了,所以可以保持匀速运动

四、力学难学的原因

力学之所以难学,原因有:

  1. 需要上述5点基本知识作为基础,有如理解了加法才能更好地理解乘法一样,问题是,课本对这5点说得不够透彻;
  2. 生活中的力,基本上是处于力的平衡的状态,而这种平衡往往是多于两个物体间相互作用而达成的,物体数量一多,就难理解了;
    • 例如,船浮在水面上,船同时受到重力和浮力;
    • 拧瓶子盖时,涉及到手、瓶盖、瓶口三者之间一共两对力与反作用力
  3. 要理解力的分解、相互作用,需要一定的平面几何甚至立体几何知识,而这两者本来就比较抽象;

知道了上述3个原因和5点知识点后,只要你多运用它们去分析、理解生活中的事物的静止、运动情况,就能较好地学好力学。

五、结语

请再看看本文介绍的5点知识和3个原因吧,这里就不再复述了。

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