看似簡(jiǎn)單的力學(xué)入門教學(xué)

〔關(guān)鍵詞〕 概念；彈力；摩擦力；運(yùn)算

〔中圖分類號(hào)〕 G633.7

〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕 C

〔文章編號(hào)〕 1004—0463（2008）08（Ａ）—0051—０１

力學(xué)是物理學(xué)的一個(gè)重要分支，其核心課題是力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系問(wèn)題.主要介紹力的基本概念、物體的平衡以及研究力學(xué)問(wèn)題的基本方法.學(xué)好力學(xué)部分的這些入門內(nèi)容，對(duì)力學(xué)及整個(gè)物理學(xué)的學(xué)習(xí)至關(guān)重要.

力的基本概念

力的概念來(lái)自于生活.通過(guò)大量生活實(shí)例，概括、歸納得出力是物體間的相互作用.此定義指出了力的物質(zhì)性和相互性.一個(gè)力作用在物體上產(chǎn)生的效果，與這個(gè)力的大小、方向、作用點(diǎn)有關(guān)，因此，描述一個(gè)力必須指明這個(gè)力的三要素.為了形象、直觀地表示一個(gè)力，借用了幾何中的有向線段，有向線段的長(zhǎng)度表示這個(gè)力的大小，箭頭指向表示這個(gè)力的方向，箭尾表示這個(gè)力的作用點(diǎn)，這樣，有向線段完全描述了一個(gè)力的三要素.力的三要素指出了力的矢量性，因此，力的運(yùn)算要按照矢量的運(yùn)算法則來(lái)進(jìn)行.對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，由熟悉的代數(shù)運(yùn)算過(guò)渡到陌生的矢量運(yùn)算，既是數(shù)學(xué)的難點(diǎn)，也給物理學(xué)習(xí)蒙上了“難”的面紗.運(yùn)用數(shù)學(xué)工具定量表示一個(gè)物理量，這是物理學(xué)的研究方法.初學(xué)者學(xué)好數(shù)學(xué)并結(jié)合物理意義進(jìn)行正確遷移，這是學(xué)好物理的基礎(chǔ).

彈力和靜摩擦力

正確理解“趨勢(shì)”二字，有助于掌握彈力和靜摩擦力的概念.趨勢(shì)分為兩種：一種為恢復(fù)趨勢(shì)，即在彈性限度內(nèi)，受外力作用而發(fā)生彈性形變的物體都具有恢復(fù)原狀的趨勢(shì).如，壓縮的彈簧有伸展的趨勢(shì)，拉伸的彈簧有收縮的趨勢(shì)，只能拉伸的繩、線、皮筋有收縮的趨勢(shì)，受壓的平面、斜面有垂直此面向上的恢復(fù)趨勢(shì)等.正是由于這種恢復(fù)趨勢(shì)，發(fā)生形變的物體將對(duì)引起形變的物體產(chǎn)生彈力的作用，彈力的方向與恢復(fù)趨勢(shì)的方向相同.如圖1所示，彈簧下端懸掛一物體，彈簧被拉伸并有向上收縮的趨勢(shì)，因此它對(duì)物體的彈力F的方向沿彈簧向上；另一種是相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，處于表面（平面、斜面）上的物體所具有的沿接觸面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的可能，但由于接觸面不光滑，而仍保持相對(duì)靜止的一種狀態(tài).如，水平面上一物體，當(dāng)施加一水平推力F但沒(méi)有推動(dòng)時(shí)，該物體相對(duì)水平面有沿推力F方向向前運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)（如圖2所示）.再如，放在斜面上靜止的物體有沿斜面向下滑的趨勢(shì)（如圖3所示）.正是由于物體相對(duì)其他物體有一種運(yùn)動(dòng)（滑動(dòng)）的趨勢(shì)，因而該物體受到了其他物體阻礙它這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的靜摩擦力f.靜摩擦力f的方向與該物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)的方向相反（如圖2、3所示）.

力的運(yùn)算

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，求二力的合力或把一個(gè)力分解為一對(duì)分力，都要遵循平行四邊形定則.平行四邊形定則也是矢量運(yùn)算的一般法則.正交分解法是平行四邊形定則在兩垂直方向上的具體應(yīng)用，是力的運(yùn)算中常用的方法.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文