5.力的三要素

我们对物体施加不同的力,在物体上产生的效果也不相同,那么,哪些因素能影响力的作用效果呢?我们来举例说明.

用脚踢球时,用力大,球飞出时的速度大,飞得远,用力小,球飞出时的速度小,飞得近.可见,力的大小影响它的作用效果.

用力推箱子时,向左推箱子,它就向左运动,向右推箱子,它就向右运动.可见,力的方向影响它的作用效果.

我们开门时,门绕门轴转动,力作用在离门轴远的地方会省力,门关得快,作用在离门轴近的地方会费些力,门关得慢.可见,力作用在同一物体的不同地方,产生的效果也不相同.我们说,力的作用点也影响它的作用效果.

由此,我们得出:力的大小、方向、作用点会影响力的作用效果. 这三方面叫做力的三要素.

在学光学时,我们用光线表示光的传播情况,光路图是学习光学不可缺少的“助手”,同样,在学电学时,我们学会了画电路图,再复杂的电路可以通过电路图分析.在物理学习中,我们常常把有关的现象和过程用图来表现,通过这些图可以简单明了直观地表现有关的内容.我们在描述力时,应该同时将力的大小、方向、作用点表示出来,我们把它们同时表现在一张图上,会对所分析的力一目了然.这种用一个带箭头的线段将力的三要素表示出来的方法,叫力的图示.如图11-17木箱受到向右的拉力,图中力的一个小线段叫做单位长度,表示10 N,这个力由两个线段组成,是20 N,方向、作用点在图中都能看出.

图11-17

如果我们把力的图示再简化一下,就可以在受力物体上沿力的方向画一条线段,在线段的末端画一个箭头表示力的方向,线段的起点或终点表示力的作用点,在同一图中,力越大,线段应该越长.如图11-18,木箱向右加速运动,它受到向右的拉力F1,同时受到地面对它向左的摩擦力Ff,因为木箱做加速运动,即运动速度在不断增大,说明木箱受到的两个力大小不相等,F1大于Ff,因此图中表示F1的线段比表示Ff的线段长,虽然是力的示意图,力的三要素特别是力的大小没有严格的要求,但是也应该在同一幅图中将大小不同的力用线段长度区分出来,这一点是你应该注意的.

图11-18

[学习方法指导]

组合法

利用创造学中的“组合法”,可以使你想出许多日常不易想到的东西,来锻炼和开发你的创造力,下面通过例子来介绍给你三种常用的“组合法”:

2.力的定义

在物理学中,我们把力定义为:物体对物体的作用.一个力产生时,必然存在着两个物体:一个叫施力物体,一个叫受力物体.举个例子:第一次你用左手打了右手一下,可以说你的左手对右手施加了力的作用,这时,左手是施力物体,右手是受力物体;第二次你用右手打了左手一下,那么右手是施力物体,左手是受力物体,你要注意:这两个力不是同一个力,因为它们的施力物体、受力物体都不相同,换句话说,只有施力物体和受力物体都相同的力,才有可能称之为同一个力.这在我们以后学习的几个力中有涉及的内容,你要理解了它.

这里我还要强调一点:力是不能离开物体存在的,而且一个物体不能产生力的作用.力必须是一个物体对另一个物体的作用.你可能要问,磁体对铁钉的作用不就“离开”了物体吗?我们来分析一下,磁体对铁钉的作用是通过磁场来实现的,虽然它俩并没有接触,但这个力还是有施力物体和受力物体的,磁体是施力物体,铁钉是受力物体.因此这里的“离开”并不是“与…分开”的意思,这句话的意思是说一个力的存在必然伴随着施力物体和受力物体.通过上面的例子,我们还可以看出一个问题:不接触的物体也可以产生力的作用.

现在,你应该会分析一个力的施力物体是谁,受力物体是谁了吧.那么,你来分析一下,如图11-13所示,一人用力推着一个木箱向右运动,木箱受到地面对它的摩擦力.推力和摩擦力的施力物体、受力物体分别是谁?

图11-13

推力的施力物体是人,受力物体是木箱;摩擦力的施力物体是地面,受力物体是木箱.如图11-14,一吊灯用灯绳挂在天花板上,灯绳对天花板的力和吊灯对灯绳的力的施力物体、受力物体分别是谁?

图11-14

灯绳对天花板的力的施力物体是灯绳,受力物体是天花板;吊灯对灯绳的力的施力物体是吊灯,受力物体是灯绳.由此可见,这两个力的施力物体、受力物体都不相同,因此它们不是同一个力.

1.力的作用效果

当物体与物体间有力的作用产生的时候,会有一个作用效果,力的作用效果有两方面,我一一讲给你听.

一只足球静止在草地上,你用脚踢它一下,我们说你对它施力了.这时,球不会保持原来的静止,必向前方滚去,你对它施加的力使它由静止变为运动了;小明扔给你一个苹果,你把它接住了,这只苹果在你接住之前是运动的,是你对它的力使它由运动变为静止了;在高速公路上行驶的汽车,看到前面有情况,慢下来,是汽车通过改变自身的牵引力使行驶速度的大小改变了;罗纳尔多在禁区内看到队友传来一球,未等球落地,他便把握好方向,一个倒挂金钩,将球踢进大门,是罗纳尔多对球的力使球运动的方向发生了改变.

综上所述,我们可以看出:力可以使原来静止的物体变为运动,可以使原来运动的物体变为静止,还可以使物体运动的速度大小、方向发生改变.由静止变为运动或是由运动变为静止,属于速度大小的改变.物体速度大小、方向其中有一量发生改变,我们就说物体的运动状态改变了.因此,我们说:力的作用效果之一就是力能改变物体的运动状态.

运动员用力拉弓,使弓箭的形状发生了改变;你常用的圆珠笔,用力按笔帽,变形的弹簧将笔芯顶出;你不听话时,父亲用力拧你的耳朵,使耳朵变了形;面点师可以将面做成不同花样的面点.

综上所述,力可以改变物体的形状.

我们现在能很快地总结出力的作用效果了:一是力可以改变物体的运动状态,具体点就是可以使静止的物体变为运动,使运动的物体变为静止,也可以使物体运动的速度大小、方向发生改变;二是力可以改变物体的形状.

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