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如何定义牛顿第二定律f=ma中的力f?根据马赫的“操作定义”,一个力可以作用在一个1kg(单位质量)的物体上(比如一个千克的原型)。当物体加速度为1m/s2时,这个力就是力的单位1N(牛顿);作用在单位质量物体上的力与物体的加速度成正比,因此可以通过测量加速度A来测量力,即完成了力的运算定义。

当然,武力的作战定义不是唯一的。比如可以将一个1kg的物体静态悬挂在靠近地面的弹簧秤上,在弹簧秤指针所指的地方做一个9.8N的刻度。力与弹簧的伸长量成正比,因此力的单位可以规定,任何力都可以测量。

如何从力的物理内涵来定义力?牛顿第二定律说明力可以使受力物体产生加速度,这就是力的动力效应。牛顿第三定律表明,力是物体之间的相互作用。综合以上两个方面,我们得到力的定义:力是物体之间的相互作用,其动力作用是使受力物体产生加速度。因为应力力是物体之间的相互作用,所以可以称为相互作用力。

在研究力学问题时,对一个物体的受力进行分析(受力分析)是一个重要的步骤。分析力一定要正确,不能少也不能多。图2.27显示了滑块M从一个光滑的固定斜坡上滑下。忽略空气阻力,分析滑块受力情况。我们以力为出发点:滑块和地球相互吸引,所以滑块受到地球施加的重力G;滑块也与斜面相互作用,所以滑块也受到斜面施加的压力FN。因为滑块不与其他对象交互,所以只受这两个力的影响。

由于滑块会滑下斜坡,滑块是否受到滑下斜坡的“滑动力”?参考图2.27,沿斜坡向下的力F1可以从两个方面理解:1。重力G可分为沿斜坡向下的力F1和垂直于斜坡向下的力F2,所以沿斜坡向下的力F1是重力G的一个分力2。沿着斜坡向下的力F1是重力G和压力FN的合力。如果你认为滑块在受力分析时,除了重力G和压力FN之外,还受到“滑动力”,就会有一个额外的力,就会产生误差。读者要注意,“滑力”可能是民间说法,不是物理语言。物理学上没有“滑动力”的概念。

滑块M沿非光滑固定斜面的滑动见图2.28,分析滑块M的受力,或者说出发点是力是物体之间的相互作用:滑块与地球相互吸引,所以滑块受到地球施加的重力G;滑块也与斜面相互作用,所以滑块也受到斜面施加的力F。滑块仍然只受两个力,但在有摩擦的非光滑条件下,力f不垂直于斜面。一般我们把力F分解成垂直于斜面和平行于斜面两个方向,即垂直于斜面的力FN和平行于斜面的力Ff,我们称FN为斜面施加的压力,Ff为斜面施加的摩擦力。因为压力FN垂直于滑块的支撑面,所以可以称为正压力。正压和摩擦力是物理学中常用的概念。

如前所述,图2.27中的F1可以看作重力G的一个分力,这与图2.28中摩擦力Ff是力F的一个分力的情况完全相似。所以用“滑力不是力,所以没有滑力”来解释没有“滑力”是不合适的。对于图2.27,应该说“滑块除了重力G和压力FN之外,不受“滑动力”的影响”。

对于圆周运动,往往涉及向心力的概念。图2.29是锥形摆的示意图。圆锥摆的物理结构与单摆相同。用一根不可伸长的轻绳作摆线,一端系在固定点O '上,另一端挂一个质量为m的物体作钟摆。然而,圆锥摆的运动不同于单摆。摆M在水平面内做圆周运动(圆心为O)。因为摆线在空间中的轨迹是一个圆锥,所以称为圆锥摆。目前在分析摆M的受力状态时,还是要从力是物体之间的相互作用入手:摆M和地球相互吸引,所以摆受到地球施加的重力G;摆也与摆线相互作用,所以摆也受到摆线施加的拉力FT。这种情况下,摆M做圆周运动时的向心力是多少?其实钟摆只受两个力,重力G和拉力FT。向心力F可以看作重力G和张力FT的合力,也可以看作摆线施加的张力FT的水平分量。如果认为钟摆除了受重力G和拉力FT外,还受向心力,就会产生误差。

向心力是物理学中的一个重要概念。根据前面的分析,说向心力不是力是不恰当的。读者也要注意,“离心力”只是民间说法,物理上没有“离心力”的概念。

本段讨论的力是相互作用力,解决力学问题的关键是分析受力物体的受力。已经反复强调了力的分析要以力作为物体之间的相互作用为出发点,所以读者要牢记!

如上所述,物理学中的“实”力也指相互作用力。地理学中的“地转偏转力”不是物体之间的相互作用,所以不是“真实”的力。

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