地面和雪橇的摩擦力.PPT

第 二 章 力與向量簡介 2.1 力 力乃兩物體之間的作用, 其形式可以是推力或拉力;凡施力者,其本身亦受力.力可以用彈簧來量測 (F = kx); 在SI 單位制下,力的單位為牛頓(N). 力亦具有方向性; 同時具有大小及方向性之物理量稱之為向量(vector); 而僅僅只有大小,而沒有方向性之物理量,例如質量,則稱之為純量(scalars). 式 (2-1) 2.2 基本力 重力– 為吸力,無範圍限制. 強作用力與 弱作用力 – 兩者均為短程力(強作用力作用的範圍只有原子核的大小,弱作用力作用的範圍約為強作用力的一百倍).強作用力將原子核內之核子(質子與中子)束縛在一起,弱作用力則發生在某些放射衰變中. 電磁力– 無範圍限制,可以為吸力或斥力.磁力乃作相對運動之電荷間的作用力.接觸力乃電磁力的結果. 圖2.3　統一力的圖示 圖2.4　(a) 如圖所示，水分子被安排在彎曲鏈狀形成以正負電分開，但是以共價鍵 ( 兩電子被兩原子分享的鍵 抓在一起；(b) 氫鍵，比共價鍵還弱，乃由於一個水分子中的帶正電氫原子與另一個水分子中的帶負電氧原子，兩者的電吸引，在水中的每一個氧原子被四個氫原子束縛，其中兩個共價鍵，兩個弱氫鍵。 牛頓第一運動定律(慣性定律) 若物體不受力, 其運動速度之大小及方向均不會改變(包含其為靜止). 2.3 牛頓第二運動定律 圖2.6　(a) 伽俐略發現一球沿斜面滾下，當它到達幾乎在第二個斜面同樣高度時停止，他認為假如阻力去掉，球會到達相同高度；(b) 當第二個斜面越來越不抖時，球在停止以前滾越來越遠；(c) 假如第二個斜面是水平的，而且沒有阻力，則球永遠不會停止。 圖2.7　慣性的示範實驗 牛頓第二運動定律 Fnet = ma ; 也就是說,若有淨力作用在物體上,物體在沿淨力方向就會有加速度,此加速度與淨力大小成正比,與物體之質量成反比.若一物體不受淨力,我們說物體乃處於移動平衡,亦即物體為靜止或等速度. 完全了解牛頓第二運動定律取決於對力的觀念及質量的了解,這兩者有時容易混淆. 牛頓第三運動定律(作用與反作用力定律) 當兩物體互相作用時, 必存在有相互作用的兩力,且此兩力大小相等,方向相反.值得注意的是: (1) 此兩力由於作用在不同物體上,因此並不會相互抵消; (2) 作用力及反作用力大小相等,這與力的種類及物體是否有加速度無關. 2.4 淨力: 向量相加 要把物體的加速度求出,首先必須將作用在物體上的淨力(合力)求出.但由於力是向量,也就是說合力與個別力之方向有關.因此我們在做力的合成時必須特別注意. 共直線之向量相加 共直線向量(兩向量同一方向或方向相反):可以作圖來做相加.一向量以箭矢線代表,箭頭的方向乃向量的指向.箭矢線的長度正比於向量的大小.當兩向量相加時,將第二個向量的起點置於第一個向量之終點(箭頭)處.兩者之合成向量乃由第一個向量之起點畫至第二個向量之箭頭處. 自由體圖 (free-body diagram) 一自由體圖乃示出一物體所受到的所有力(但不包含作用在其它物體上之力).此物體可以以一點來代表,其大小及形狀並不重要.作自由體圖圖時,各力之大小(長度)及其方向要盡可能的精確些. 內力與外力 內力(Internal force) 指的是物體(或系統)內的一部份受到來自物體內其他部份的作用力. (例如使固體凝固在一起之力). 外力(External force) 指的是物體受到其他物體的作用力.在學習力學時,必須清楚分辨出哪些力是內力,哪些力是外力. 2.5 重力 重力(Gravitational force) 乃兩質量間彼此之作用力.其大小與質量成正比,與其距離平方成反比,其方向由一質量指向另一質量. 靜電力的型式和重力相似,但其乃兩電荷間的作用力, 其比例常數亦不同.靜電力可以是吸力或斥力,其方向由一電荷指向另一電荷. (2-3) (2-5) 圖2.14　重力總是吸引力，物體施在另一物體的力是大小相等，甚至他們的質量非常的不同，地球施在月球的力與月球施在地球的力大小一樣。 圖2.15　同性電排斥；異性電吸引 2.6 接觸力 正向力 摩擦力 正向力(Normal force) 在此“正向”乃是指垂直;所謂正向力乃指的是兩物體表面相互作用之力. 正向力垂直兩物體接觸面,其來源乃來自原子間的靜電作用力. 摩擦力(Friction) 摩擦力