学习初中物理“力学”时,很多同学会很痛苦——很多物理规律都是"反常识"的,跟人的第一感觉完全不同。一起来盘点一下八年级下册物理的那些“反常识”知识点。
物体的运动,不需要力维持。这句话不是我说的,是伽利略说的,牛顿也赞同。
牛顿第一定律:
任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态,直到外力迫使它改变运动状态为止。
换句话说,如果一个物体本身就是运动的,在不受力的情况下,它会沿着原来的速度大小和方向永远运动下去。比如下图实验中,从斜坡上下滑的小车如果失去所有阻力,它将会永远运动下去。
这确实有点“反常识”,因为按照一般人的理解,如果不给一个物体施加力,它总会停下来。比如:踢出去足球,会慢慢停下来;熄火后失去牵引力的汽车,也会停下来。
但要注意的是,力的概念很广泛,
不仅仅是指“动力”,摩擦力和空气阻力也属于力。
当年亚里士多德就是因为没有把阻力当成力,才有了“物体的运动需要力来维持”的错误说法,惨遭“打脸”。
在中国空间站《天宫课堂·第2课》中,航天员王亚平曾经做了一个“太空抛物”实验,这个实验中,被抛出的冰墩墩失重,且仅受到一点点的空气阻力,所以被抛出之后几乎是匀速直线运动。
但平心而论,亚里士多德的观点好像更符合人的“常识”,毕竟地球表面的物体都受到重力,而
阻
力为
零也很
难
实现
,
所以失去“
动力”
的物体
,总是被
阻力影响停下来。
因此这个理论一直被人们当成真理信奉了将近2000年,直到伽利略和牛顿的出现。
现在的孩子们很幸运,学完初中物理牛顿第一定律后,就开始笑话亚里士多德了。
物体保持
匀速直线运动或静止状态
的性质,叫做惯性,因此牛顿第一定律也称
“惯性定律”
。
很多人都知道惯性现象,比如汽车突然加速时人会后仰,汽车突然刹车时人会前倾。
如果问你:以1m/s、 10m/s两种速度直线行驶的车,哪种情况下车里的人惯性大?
你首先想到的可能是:
速度快的物体惯性肯定大,因为车速越快更难停下来(×)。
之所以有“速度大,惯性大”的错误思想,是没有明白什么是惯性。惯性的简单解释是:物体维持原来运动状态的性质,或者说,惯性表现为
物体对其运动状态变化的一种阻抗程度。
1m/s的车容易停下来,10m/s的车不容易停下来,这样并不能说明后者惯性大,因为这样比较不公平,因为它们的初始速度不同。
如果非要比较,就让1m/s的车减速到0,10m/s的车减速到9m/s,这样就公平了。
同一辆车,改变其速度的困难程度是一样的,也就是说惯性是一样的。
惯性是物体的固有属性,而惯性大小的唯一量度就是质量。
提到摩擦力,很多人都联想到了阻力。仿佛摩擦力的存在,就是为了阻碍物体前进的。其实,摩擦力可以分为滑动摩擦和静摩擦。静摩擦力的定义是
“阻碍物体相对运动趋势的力”,
这个力有的时候会以
动力
的形式存在。
比如在斜坡上放了一个箱子,箱子静止没有滑下来。阻碍它下滑的力,就是斜面产生的静摩擦力。
如果把斜坡换成倾斜的
传送带
,物体随着传送带向上运动而没有发生滑动,
这个时候静摩擦力的方向与物体运动方向相同,也就是扮演了
动力
的角色。
再举个简单的例子,如图手持杯子,杯子之所以没有掉落是因为受到了手的摩擦力。当拿起杯子向上移动,这时候
杯子受到的摩擦力就提供了动力。
如图,动力脚蹬地的时候,脚有一个向后运动的趋势,于是地面产生了一个静摩擦力阻碍这种趋势,
这个静摩擦力就是人前进的动力了
。换个角度说,脚对地面有个向后的力,
根据力的相互作用,
地面对脚也有一个向前的静摩擦力。
液体压力的产生原因之一是液体本身受到重力,这个是肯定的。但
液体产生的压力大于自身重力
,
解释起来就比较复杂了。
实验中桶被压裂,要归功于以上的
液体压强的传递性
。即
帕斯卡定律
:封闭容器中的静止流体的某一部分发生的压强变化,将大小不变地向各个方向传递。
如图所示,把整个帕斯卡裂桶实验模型看成两部分,一部分是细管中液柱,另一部分是水桶中的水。细管中的水柱很高,产生的压强很大。桶的顶部受到来自水的压力,这时桶顶会反过来对水施加一个反作用力。
然后根据帕斯卡定律,这个反作用力被水传递到了桶身各个部位。最后,你会发现桶内各个部位受到的压强或者压力都很大。
如果用简单的话描述,桶底受到的压力,
一方面来源于水的重力,另一方面来源于桶上壁的压力的传递。
也就是多,是
桶自己压了自己,还把自己压裂了。
把1
0N的水倒在一
个圆柱形容器里。
再找一个直径比前者小,重力为20N的水瓶放到容器中
,你会发现它漂浮了。
接下来进行受力分析:根据物体漂浮时二力平衡,
浮力=重力
。也就是说,容器里的
水产生了大于本身重力的浮力。
阿基米德原理中的G
排
,是排开的液体的重力。但要注意,
G
排
并不需要真的溢出去,也不需要真正的存在这些水。