5: 牛顿运动定律
- Page ID
- 204996
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)当你开车过桥时，你期望它保持稳定。 您还希望在交通变化时加速或减速您的汽车。 在这两种情况下，你都要对付力量。 桥上的力处于平衡状态，因此它保持原位。 相比之下，汽车发动机产生的力会导致运动发生变化。 艾萨克·牛顿发现了描述这些情况的运动定律。 力量影响你生命中的每一刻。 你的身体被力量固定在地球上，并被带电粒子的力量固定在一起。 当你打开一扇门、走在街上、抬起叉子或触摸宝宝的脸时，你是在施加力量。 放大得更深，你身体的原子由电力连接在一起，而原子的核心，称为原子核，由我们所知道的最强的力量 —— 强大的核力量 —— 结合在一起。
- 5.2: 部队
- 动力学是研究力如何影响物体的运动，而运动学仅描述物体的移动方式。 力是可以用各种标准定义的推力或拉力，它是一个既有大小又有方向的向量。 外力是作用于身体的任何外部力量。 自由体图是作用于物体的所有外力的绘图。 力的 SI 单位是牛顿 (N)。
- 5.3: 牛顿第一定律
- 根据牛顿第一定律（惯性定律），速度发生任何变化（幅度或方向的变化）都必须是有原因的。 惯性与物体的质量有关。 如果物体相对于给定帧的速度是恒定的，则该帧是惯性的，牛顿的第一定律是有效的。 净力为零意味着物体要么处于静止状态，要么以恒定速度移动；也就是说，它没有加速。
- 5.4: 牛顿第二定律
- 牛顿的第二运动定律说，具有一定质量的物体上的净外力与物体的加速度成正比，方向也与物体的加速度成正比。 牛顿第二定律也可以将净力描述为动量的瞬时变化率。 因此，净外力会导致非零加速度。
- 5.5: 质量和重量
- 必须谨慎区分自由落体和失重，将重量定义为重力作用在一定质量的物体上产生的力。 来自空中的某些向上阻力作用于地球上所有坠落的物体，因此它们永远无法真正自由落体。
- 5.6: 牛顿第三定律
- 牛顿的第三运动定律代表了自然界中的基本对称性，其经验力在大小上与施加的力相等，方向相反。 动作反应对包括游泳运动员推开墙壁、直升机通过向下推空气来产生升力，以及章鱼通过从体内喷出水来推动自己向前推进。 选择系统是理解和解决问题的物理学的重要分析步骤。
- 5.7: 普通部队
- 当物体停留在非加速水平表面上时，法向力的大小等于物体的重量。 在倾斜的平面上，物体的重量可以分解为与平面表面垂直和平行作用的分量。 当绳索支撑静止物体的重量时，绳索中的张力等于物体的重量。 弹簧中形成的力量符合胡克定律。
- 5.8: 绘制自由体图
- 自由体图是描述和分析作用于物体的所有力的有用方法，以根据牛顿第一定律确定平衡或根据牛顿第二定律确定加速度。 要绘制自由体图，请绘制感兴趣的对象，绘制作用于该物体的所有力，并将所有力向量解析为 x 和 y 分量。
缩略图：金门大桥是现代工程最伟大的作品之一，是1937年开通当年世界上最长的悬索桥。 截至撰写本文时，它仍然是十座最长的吊桥之一。 在设计和建造桥梁时，我们必须考虑什么物理学？ 什么力量在桥上起作用？ 什么力量阻止桥梁坠落？ 塔、电缆和地面如何相互作用以保持稳定性？