5.S：牛顿运动定律（摘要）

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关键条款

动力学	研究力如何影响物体和系统的运动
外力	作用在物体或系统之外的物体或系统上的力
强迫	用特定的大小和方向推或拉动物体；可以用向量表示或表示为标准力的倍数
自由落体	作用在物体上的唯一力是重力的情况
自由体图	草图显示作用于物体或系统的所有外力；系统由单个孤立点表示，力由从该点向外延伸的向量表示
胡克定律	在弹簧中，恢复力与施加的位移成正比且方向相反
惯性	物体抵抗其运动变化的能力
惯性参考框架	相对于惯性帧以恒定速度移动的参考系也是惯性的；相对于惯性帧加速的参考系不是惯性的
惯性定律	见牛顿的第一运动定律
净外力	作用于物体或系统的所有外力的矢量和；导致质量加速
牛顿	SI 力单位；1 N 是以 1 m/s ² 的速度加速质量为 1 kg 的物体所需的力
牛顿的第一运动定律	静止的身体保持静止状态，或者在运动时保持恒定速度运动，除非受到净外力的作用；也称为惯性定律
牛顿第二运动定律	系统的加速度与作用于系统的净外力成正比，方向相同，与其质量成反比
牛顿第三运动定律	每当一个物体对第二个物体施加力时，第一个物体所承受的力与它施加的力的大小相等，方向相反
法向力	支撑物体重量的力或载荷，垂直于载荷与其支撑物之间的接触表面；表面将这种力施加到物体上以支撑物体的重量
紧张	沿拉伸的柔性连接器（如绳索或电缆）起作用的拉力
推力	向前推动物体以响应向后力的反作用力
重量	重$\vec{w}$力作用在质量为 m 的物体上的力

关键方程式

净外力	$$\ vec {F} _ {net} =\ sum\ vec {F} =\ vec {F} _ {1} +\ vec {F} _ {2} +\ ldots$$
牛顿第一定律	$$\ vec {v} = 常量\; when\;\ vec {F} _ {net} =\ vec {0}\; N$$
牛顿第二定律，向量形式	$$\ vec {F} _ {net} =\ sum\ vec {F} = m\ vec {a} $$
牛顿第二定律，标量形式	$$\ vec {F} _ {net} = ma$$
牛顿第二定律，分量形式	$$\ sum\ vec {F} _ {x} = m\ vec {a} _ {x}，\ sum\ vec {F} _ {y} = m\ vec {a} _ {y}，\ sum\ vec {F} = m\ vec {a} _ {z} $$
牛顿第二定律，动量形式	$$\ vec {F} _ {net} =\ frac {d\ vec {p}} {dt} $$
重量的定义，矢量形式	$$\ vec {w} = m\ vec {g} $$
权重的定义，标量形式	$$w = mg$$
牛顿第三定律	$$\ vec {F} _ {AB} =-\ vec {F} _ {BA} $$
停留在水平表面的物体上的法向力，矢量形式	$$\ vec {N} =-m\ vec {g} $$
停留在水平表面的物体上的法向力，标量形式	$$N = mg$$
停留在倾斜平面上的物体上的法向力，标量形式	$$N = mg\ cos\ theta$$
支撑静止质量为 m 的物体的电缆中的张力，标量形式	$$T = w = mg$$

摘要

5.1 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)。

5.2 牛顿第一定律

根据牛顿的第一定律，速度发生任何变化（幅度或方向的变化）都必须是有原因的。该定律也称为惯性定律。
摩擦是一种导致物体减速的外力。
惯性是物体保持静止或保持运动的趋势。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。这意味着对于惯性参考系来说，牛顿的第一定律是有效的。
当系统上的力处于平衡状态时，即可实现平衡。
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。

5.3 牛顿第二定律

外力从系统外部作用于系统，而内力作用在系统内的组件之间。
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。

5.4 质量和重量

质量是物质中物质的数量。
物体的重量是坠落物体上的净力或其引力。物体因重力而经历加速。
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。
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。

5.5 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。
两个相等和相反的力不会因为作用于不同的系统而取消。
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。火箭、飞机和汽车由推力反作用力向前推进。
选择系统是理解和解决问题的物理学的重要分析步骤。

5.6 普通力量

当物体停留在表面上时，表面会向支撑物体重量的物体施加力。这种支撑力垂直于表面，远离表面。它被称为法力。
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。
当物体停留在$\theta$与水平表面形成角度的倾斜平面上时，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。
沿拉伸的柔性连接器（如绳索或电缆）起作用的拉力称为张力。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。如果物体在加速，则张力大于重量；如果物体在减速，则张力小于重量。
摩擦力是移动物体（或有移动倾向的物体）平行于与运动（或其趋势）相反的界面所承受的力。
弹簧中产生的力符合胡克定律，根据该定律，其大小与位移成正比，其感应方向与位移方向相反。
真实力有物理来源，而虚构力之所以出现，是因为观察者处于加速或非惯性参照系中。

5.7 绘制自由体图

为了绘制自由体图，我们绘制感兴趣的物体，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。我们必须为问题中的每个物体绘制单独的自由体图。
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。

贡献者和归因

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