力的第三個作用效果

王九全

【摘 要】我們都知道，“力”是產生加速度的原因，也就是說不管一個力有多么小，都可以使一個質量很大的物體產生加速度。而實際情況卻并不是這樣，當我們用力去抬一個桌子的時候，桌子卻紋絲不動，這究竟是什么緣故呢？那是因為“力”還有第三個作用效果，即“克服別的力”。而這一點在牛頓定律和教科書以及資料書中都沒有體現，所以筆者以為應該把這一點寫進教科書或者運用于教學當中，將會有很顯著的教學效果。

【關鍵詞】加速度；牛頓；彼此克服；水平分量；豎直分量

大凡學過物理的人都知道力來到人世間有兩個作用效果，也就是說能干兩件活，一件是讓物體發生形變，另外一個是改變物體的運動狀態。其中第二個作用效果是牛頓第一定律的精髓，那么什么是物體運動狀態的改變呢？簡單地說就是物體的速度發生改變，這有三個方面的意思：一是物體的速度大小發生改變而方向不變，二是物體的方向發生改變，而大小不變，三是物體的大小和方向同時發生改變。而速度發生改變就是說物體具有了加速度，也就是說歸根結底力是產生加速度的原因。

我們在此暫且不說牛頓定律有多厲害，牛頓有多偉大，我想要說的牛頓定律也有不太完美的地方，至少有不太全面的地方，筆者以為：力來到人世間能干三件活，除了前面講過的那兩件而外，應該還有一件，那就是“力可以克服別的力”，下面舉例說明。

如圖所示，在平面上放一個物體，用一個F=1N的力沿水平方向向右拉它，沒有拉動，也就是說這個力并沒有使物體的運動狀態發生改變，那么我們會問這個力究竟干啥去了呢？難道它在這里啥活都沒干（啥作用都沒起）嘛？細細分析不難發現，物體之所以沒有動，是由于地面摩擦力的緣故。這個摩擦力就是靜摩擦力，大小也是1牛，所以說這個力F并不是沒干活，而是克服摩擦力去了。并且克服完沒有剩下，所以物體沒動，也就是說物體的合力為零，不能產生加速度。所以筆者以為力還有一個作用，那就是力能夠克服別的力。

曾經有同學這樣問我：“老師，既然力是產生加速度的原因，那么一個力多大才能讓一個物體產生加速度呢？”這個問題問的很好，其實一個很小的力都可以讓一個質量很大的物體產生加速度，咱們舉這樣一個例子：有一個重800牛的桌子，我們用F=400N的力去抬它，它肯定不動。什么原因呢？這是因為這個400牛的力還不足以克服桌子的重力，重力都還沒有克服完，就無法談狀態的改變了。那么究竟多大的力才能讓它動呢？我們加800牛的力它能動嗎？我們說不能，原因是這800牛的力剛好克服了800牛重力的而沒有剩下，也就是合力依然為零，不能產生加速度，所以物體不動。那么我們加801牛的力物體動嗎？答案是肯定的，動了，并且產生加速度。所以說這個801牛的力在此干了兩件活，其中的800牛克服桌子的重力，剩下的1牛產生加速度。計算過程如下：

F合=F-G=801N-800N=1N

m=G/g =800/10=80kg （g=9.8N/kg）

a=F合/m=1/800（N/kg）

這說明，物體在801N的力的作用下，將以a=1/800（N/kg）的加速度向上加速。

既然801牛的力能夠讓物體產生加速度并且運動，那么F=800.1牛的力能讓桌子運動嗎？

答案也是肯定的，這800.1牛的力其中的800牛克服物體的重力，剩下的0.1牛產生加速度，計算過程如下：

a=F合/m=（800.1-800）/80=1/800（N/kg）

可見，在日常生活中，由于一個物體不僅僅只受一個力，所以給物體給一個力以后，這個力首先要克服別的力，如果克服完別的力以后還剩下，那么這個力將產生加速度，如果沒有剩下，將不產生加速度。

綜上所述，筆者以為力還有第三個功能，那就是“克服別的力”，不知同仁們能否贊同我的觀點。通過多年的教學實踐，筆者以為牛頓定律把力的這個功能給淹沒了，從而有點含糊不清，所以還是提出來的好，并且用這個功能來解決實際問題會收到事半功倍的效果，學生也很容易懂，并且真正能實現化復雜為簡單，化腐朽為神奇。

下面舉些實際教學中的例子，以供商榷。

例一：設想這樣一個情景（兩個學生用互成角度為a的力提一桶水沿平直路面勻速行走）。

我們都知道，省力的最好辦法是盡量減小夾角 a，這是為什么嗎？這是因為根據G=2Fcosa，只有減小a ，cosa才變大，在G恒定的情況下，cosa變大了，F才變小，從而省力。

那么有同學就問，a變大了，F向上的能力（分量）就小了，那F的能耐究竟去哪兒了呢？

其實這個問題很簡單，那是因為當a增大的時候，拉力的豎直分量雖然減小了，而它的水平分量卻變大了，水平分量Fx=Fsina。這個水平分量干活了嗎？我們說這個水平分量干活了，它克服F2在水平方向的分量了。而水平分量對咱們提水沒有絲毫作用，所以還是盡量減小的好，而減小辦法就是減小a。

所以說在拉力F恒定的情況下，它的效果跟夾角有關系，夾角減小，豎直分量增大，水平分量減小，夾角增大，豎直分量減小，水平分量增大，魚和熊掌不可兼得，兩個分量不可能同時增大。兩個拉力的豎直分量和共同克服重力而使水桶沒有掉下去，兩個水平分量彼此克服而沒有使水桶左右跑。

所以說，在力學里頭，處處會出現“力與力之間相互克服”的情況，并且用“彼此克服”的觀點來講解可以很輕松，很清楚，所以我不希望把“彼此克服”的觀點加入到牛頓定律中或是寫進教科書中，而是希望廣大高中物理老師能夠把此觀點運用到教學當中，其中的韻味將會不小，并且將收到意想不到的效果。

參考文獻：

[1]高中物理教科書