物理学原理及工程应用103力的概念
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第 三 讲
力 的 时 间 累 积 效 应
WL
01 常见力 02 基本的自然力 03 力的时间累计效应——动量定理 04 牛顿运动定律 05 动量守恒定律
物理学原理及工程应用
一、常见的几种力 1 重力 地球表面附近的物体由于 地球吸引而受到的力 重力作用下任何物体的 加速度为 g
物体受到重力大小 W mg
f kx
大小 —— 和形变成正比 负号 —— 弹力总指向平衡点
WL
物理学原理及工程应用
3 摩擦力 —— 两个物体相互接触__接触面粗糙 且沿着接触面的方向有相对滑动时 产生阻碍物体运动的力
方向总是 与相对滑动方向相反
WL
物理学原理及工程应用
实验表明 —— 相对滑动的速度不是太大或太小时
fk k N
2) 绳或线对物体的拉力——由于绳发生了形变而产生的 力的大小 —— 取决于绳被拉紧的程度 力的方向 —— 指向绳要收缩的方向 张力 —— 内部的弹力 绳子伸缩__内部各段之间的相互作用
—— 绳子中张力处处相等
—— 绳子的张力等于 物体作用于绳Байду номын сангаас的力
WL
物理学原理及工程应用
3) 弹簧的弹力 弹簧拉伸或压缩 —— 对连结体产生弹力 —— 在弹性限度范围内 弹力遵守胡克定律
WL
物理学原理及工程应用
质子的四种基本相互作用力的比较 —— 两个质子的距离等于质子的直径
项目力的类型
力程 作用范围
万有 引力
长程
电磁 力
长 程
强相互作 用(强力)
短程
0 0 r 1015m
弱相互作 用(弱力)
短程
r 1017 m
相邻质子间 作用力大小 1034 N 102 N
104 N
f k q1q2 r2
k 9 109 N m2 / C2 —— 比例系数
两个相邻质子—— 电力 102 N >> 万有引力 10-34 N
WL
物理学原理及工程应用
—— 运动电荷相互间除电力作用外__还有磁力相互作用 —— 磁力实际上是电力的一种表现
—— 分子或原子都是由电荷组成的系统 它们之间的作用力就是电磁力
—— 方向沿两个物体的连线
—— 根据现在尚待证实的理论 引力以一种叫做“引力子”的粒子为传递媒介
Apollo_15_feather_and_hammer_drop
WL
物理学原理及工程应用
2 电磁力 —— 带电的粒子或带电宏观物体间的作用力
光子是传递媒介
—— 两个相距r__静止的带电粒子q1 and之q间2 的作用力
WL
物理学原理及工程应用
—— 与滑动速度无关
滑动摩擦系数μk —— 与接触面的材料和表面的状态有关
WL
物理学原理及工程应用
静摩擦力 —— 相互接触的两个物体相对静止 但有相对滑动的趋势
大小和方向 —— 与外力作用有关
—— 最大静摩擦力
fs max s N
最大静摩擦系数μs —— 取决于接触面材料与表面状态
WL
物理学原理及工程应用
—— 力程约为 ~ 10-15 m
WL
物理学原理及工程应用
4 弱力 —— 弱力也是各种粒子之间的一种相互作用 仅在粒子间的某些反应 (β衰变)中显示其重要性 —— 弱力的传递媒介是以W＋，W－，Z0 等 —— 中间玻色子
—— 力程比强力还要短__而且很弱 —— 两个相邻的质子之间的弱力大约仅有 10-2 N
—— 根本上说就是电磁力
WL
物理学原理及工程应用
3 强力
Nuclear Force
核内部的质子间存在的一种比电磁力还
要强的自然力
—— 存在于质子__中子__介子等 强子之间的作用力
强力 —— 夸克所带的“色荷”之间 的作用力
色力 —— 以胶子作为传递媒介
—— 两个相邻质子之间的强力可以达到 104 N
102 N
WL
物理学原理及工程应用
理论和实验已经证实
—— 粒子能量大于一定值(如 100GeV)的情况下 电磁力和弱力实际上是一种力 —— 电弱力
—— 物理学家正在努力 期望建立起总括电_弱_色相互作用的“大统一理论”
—— 人们期望有一天，最后能建立将4种基本相互作用 都统一起来的 …… “超统一理论”
—— 中性分子或原子间也有相互作用力 分子内部正负电荷有一定的分布 对外部电荷的作用并没有完全抵消 仍显示出有电磁力的作用
WL
物理学原理及工程应用
中性分子或原子间的电磁力 —— 一种残余电磁力
—— 相互接触的物体之间的弹力__摩擦力__流体阻力 以及气体压力__浮力__融结力等 都是原子或分子之间的作用力的宏观表现
—— 重力和加速度的方向竖直向下
WL
物理学原理及工程应用
2 弹力 弹力 —— 发生形变的物体__恢复原状 对与它接触的物体产生的力
三种表现形式
1) 两个物体 通过一定面积相互接触 压紧的两个物体均发生形变
力的大小 —— 取决于相互压紧的程度 力的方向 —— 垂直于接触面而指向对方
WL
物理学原理及工程应用
二、 基本的自然力 近代科学已证明 —— 自然界中只存在4种基本相互作用 4种力 —— 引力__电磁力__强力__弱力
—— 其它的力是这4种力的不同表现
WL
物理学原理及工程应用
1 引力 —— 万有引力
—— 任何两个物体m1和m2之间的吸引力
引力的大小 F
G
m1m2 r2
,
G
6.67 1011m3 kg 1 s2
力 的 时 间 累 积 效 应
WL
01 常见力 02 基本的自然力 03 力的时间累计效应——动量定理 04 牛顿运动定律 05 动量守恒定律
物理学原理及工程应用
一、常见的几种力 1 重力 地球表面附近的物体由于 地球吸引而受到的力 重力作用下任何物体的 加速度为 g
物体受到重力大小 W mg
f kx
大小 —— 和形变成正比 负号 —— 弹力总指向平衡点
WL
物理学原理及工程应用
3 摩擦力 —— 两个物体相互接触__接触面粗糙 且沿着接触面的方向有相对滑动时 产生阻碍物体运动的力
方向总是 与相对滑动方向相反
WL
物理学原理及工程应用
实验表明 —— 相对滑动的速度不是太大或太小时
fk k N
2) 绳或线对物体的拉力——由于绳发生了形变而产生的 力的大小 —— 取决于绳被拉紧的程度 力的方向 —— 指向绳要收缩的方向 张力 —— 内部的弹力 绳子伸缩__内部各段之间的相互作用
—— 绳子中张力处处相等
—— 绳子的张力等于 物体作用于绳Байду номын сангаас的力
WL
物理学原理及工程应用
3) 弹簧的弹力 弹簧拉伸或压缩 —— 对连结体产生弹力 —— 在弹性限度范围内 弹力遵守胡克定律
WL
物理学原理及工程应用
质子的四种基本相互作用力的比较 —— 两个质子的距离等于质子的直径
项目力的类型
力程 作用范围
万有 引力
长程
电磁 力
长 程
强相互作 用(强力)
短程
0 0 r 1015m
弱相互作 用(弱力)
短程
r 1017 m
相邻质子间 作用力大小 1034 N 102 N
104 N
f k q1q2 r2
k 9 109 N m2 / C2 —— 比例系数
两个相邻质子—— 电力 102 N >> 万有引力 10-34 N
WL
物理学原理及工程应用
—— 运动电荷相互间除电力作用外__还有磁力相互作用 —— 磁力实际上是电力的一种表现
—— 分子或原子都是由电荷组成的系统 它们之间的作用力就是电磁力
—— 方向沿两个物体的连线
—— 根据现在尚待证实的理论 引力以一种叫做“引力子”的粒子为传递媒介
Apollo_15_feather_and_hammer_drop
WL
物理学原理及工程应用
2 电磁力 —— 带电的粒子或带电宏观物体间的作用力
光子是传递媒介
—— 两个相距r__静止的带电粒子q1 and之q间2 的作用力
WL
物理学原理及工程应用
—— 与滑动速度无关
滑动摩擦系数μk —— 与接触面的材料和表面的状态有关
WL
物理学原理及工程应用
静摩擦力 —— 相互接触的两个物体相对静止 但有相对滑动的趋势
大小和方向 —— 与外力作用有关
—— 最大静摩擦力
fs max s N
最大静摩擦系数μs —— 取决于接触面材料与表面状态
WL
物理学原理及工程应用
—— 力程约为 ~ 10-15 m
WL
物理学原理及工程应用
4 弱力 —— 弱力也是各种粒子之间的一种相互作用 仅在粒子间的某些反应 (β衰变)中显示其重要性 —— 弱力的传递媒介是以W＋，W－，Z0 等 —— 中间玻色子
—— 力程比强力还要短__而且很弱 —— 两个相邻的质子之间的弱力大约仅有 10-2 N
—— 根本上说就是电磁力
WL
物理学原理及工程应用
3 强力
Nuclear Force
核内部的质子间存在的一种比电磁力还
要强的自然力
—— 存在于质子__中子__介子等 强子之间的作用力
强力 —— 夸克所带的“色荷”之间 的作用力
色力 —— 以胶子作为传递媒介
—— 两个相邻质子之间的强力可以达到 104 N
102 N
WL
物理学原理及工程应用
理论和实验已经证实
—— 粒子能量大于一定值(如 100GeV)的情况下 电磁力和弱力实际上是一种力 —— 电弱力
—— 物理学家正在努力 期望建立起总括电_弱_色相互作用的“大统一理论”
—— 人们期望有一天，最后能建立将4种基本相互作用 都统一起来的 …… “超统一理论”
—— 中性分子或原子间也有相互作用力 分子内部正负电荷有一定的分布 对外部电荷的作用并没有完全抵消 仍显示出有电磁力的作用
WL
物理学原理及工程应用
中性分子或原子间的电磁力 —— 一种残余电磁力
—— 相互接触的物体之间的弹力__摩擦力__流体阻力 以及气体压力__浮力__融结力等 都是原子或分子之间的作用力的宏观表现
—— 重力和加速度的方向竖直向下
WL
物理学原理及工程应用
2 弹力 弹力 —— 发生形变的物体__恢复原状 对与它接触的物体产生的力
三种表现形式
1) 两个物体 通过一定面积相互接触 压紧的两个物体均发生形变
力的大小 —— 取决于相互压紧的程度 力的方向 —— 垂直于接触面而指向对方
WL
物理学原理及工程应用
二、 基本的自然力 近代科学已证明 —— 自然界中只存在4种基本相互作用 4种力 —— 引力__电磁力__强力__弱力
—— 其它的力是这4种力的不同表现
WL
物理学原理及工程应用
1 引力 —— 万有引力
—— 任何两个物体m1和m2之间的吸引力
引力的大小 F
G
m1m2 r2
,
G
6.67 1011m3 kg 1 s2