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Unbalanced Forces and Motion : Thinking about what is true about how unbalanced forces relate to motion and acceleration
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- 這裡有四個命題, 我要你思考一下哪些
- 是真命題. 第一個命題: 一個運動中的物體
- 只有受到與運動方向一致的非平衡力的作用時才會慢下來 ... 有趣
- 第二個命題: 除非受到非平衡力的作用, 一個運動中的
- 物體永遠地保持同樣的速率和運動方向 ... 也很有趣
- 第三個命題: 除非受到非平衡力的作用, 靜止的物體永遠靜止
- 而第四個命題: 一個受到非平衡力作用的
- 物體將沿非平衡力的方向加速
- 我把這些命題留給你們去思考, 請找出
- 哪些是真命題
- 也許它們全偽, 或全真又或者部分是真的
- 現在, 讓我們逐個命題來分析
- 首先看第一個命題: 一個運動中的物體只有
- 在受到沿運動方向上的非平衡力時才會慢下來. 嗯 ...
- 最起碼它與日常生活的經驗吻合. 如果我在室內推動家具
- 比如說, 這是我家裡的地毯
- 我正打算推動這台陳舊的大電視
- (我正推動一台電視) 要使它保持運動的唯一方法就是
- 一直推它. 讓我把力畫出來
- 我們稱這個力為推動電視的力
- 我只有持續的推動電視才可以使它保持
- 運動. 如果我停止施力, 它似乎會慢下來
- 因此, 根据日常生活的經驗, 這個命題似乎是真的.
- 我說"似乎" 因為我沒有考慮所有的力.
- 實際上, 物體所受的力不單只是推力, 還有摩擦力
- (還有摩擦力)
- 如果要保持電視以常速運動
- 我施加的推力的大小基本不能變
- (它們必須保持不變)
- 如果我要保持電視在我推動的方向上以常速運動
- 我的推力要完全抵消摩擦力
- 如果推力小於摩擦力, 則電視會慢下來
- 如果推力大於摩擦力, 電視將會加速運動.
- 但在這種的情況下, 物體在運動中, 這裡的合力實際上
- 是平衡力. 推力被摩擦力平衡.
- 考慮另一種情況, 如果我們在外太空 (沒有空氣阻力)
- 但如果我們到太空中 (特別是外太空), 四周沒有星球
- 完全真空, 如果物體在運動中, 沒有其它平衡力
- 沒有其它力作用在它身上
- 物體將保持運動. 改變運動方向或運動速度的
- 唯一方法是附加非零的淨力
- 回到這個例子上, 物體慢下來的原因是
- 如果我停止推它, 淨力是摩擦力
- 如果你想思考這個問題, 假設有一點空氣阻力
- 實際上這是不對的. 一個物體在運動中不會慢下來, 除非
- 它受到非平衡力的作用.
- 運動中的物體, 只要它不受力或所受的力是
- 平衡力或一組相互平衡的力, 它將保持運動狀態.
- 因此它是不對. 一個運動中的物體永遠保持運動速度
- 和方向除非它受到非平衡力的作用.
- 這是對的! 這就是物體在真空中運動的實際情況.
- 如果無作用力 (淨力為零)
- 速度不會改變. 相似地, 如果物體所受的各個力
- 相互平衡時, 也有相似的結論.
- 在這種情況下, 只要持續推動物體, 而且地面(材質等)
- 和摩擦力不變的情況下, 理論上, 物體在該方向上的運動狀態不變.
- 改變方向或速度的唯一方法就是
- 施加一個非平衡力. 也許當推力大於摩擦力時
- 或者當摩擦力大於推力時
- 那麼這個命題就成真了.
- 第三個命題, 除非受到非平衡力的作用,
- 一個靜止的物體永遠保持靜止. 實際上, 這很直觀, 我想
- 如果你讓某東西待在那裡, 它就會一直待在那裡.
- 它不會瞬時動起來.
- 所以, 這也是對的. 這不只是沒有受力的情況, 也可
- 能是物體靜止不動但它卻受到平衡力的作用.
- 因此, 使物體由靜止開始運動的唯一方法就是
- 施加一個非零淨力 -- 非平衡力.
- 假設這個力大於那個力,
- 兩個力不完全抵消. 因此, 這個命題也是對的.
- 最後一個命題, 一個受非平衡力作用的物體總是沿
- 受力方向加速. 因此, 如果我有一個物體受到一個非
- 衡力作用, 所有力的疊加結果得到一個浄力 (該力的方向
- 就是合力的方向). 這個命題也對. 受到非平衡力的
- 物體總會沿該淨合力的方向加速.
- 我們可以從另一角度來考慮問題
- 假設有一個沒有加速的物體, 比如我們這台以常速
- 運動的電視又或者在太空中運動的物體, 如果你
- 看到沒有加速的物體, 那麼它一定沒有受到非平衡力的作用.
- 因此, 它要不受到平衡力的作用, 要不完全不受力,
- 但不可能受到非平衡力的作用.
- 如果存在非平衡力, 物體就會加速.
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