三大效果力的理解

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力的定义：物体与物体之间的相互作用称做力。

这句话的描述比较模糊，不能非常形象地描述它的本质，甚至都很难称作是定义。事实上，高中甚至大学的基础课程都不会深入研究力的本质，仅仅学习力的一些简单规律。因此在学习力的时候，需要考虑力的本质，如果只是研究弹力、摩擦力、拉力、支持力、风力，就会失去对物理极致追求简化理解。

所以重力、摩擦力、弹力我称之为效果力，宇宙中只有四大力场，分别是引力、电磁力、强力、弱力，这些才能称之为性质力。因为在力的方向上能量、动量、速度、位置、场强等的变化都是相同的理论体系，本质上摩擦力弹力等，属于电磁力，重力严格意义也不是引力。

1、定义：由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力。
2、重力的大小：G=mg ，g=9.8N/kg
3、重力的方向：竖直向下。
4、重力的作用点：重心，需要注意的是重心并非一定在物体的几何中心。

学习物理的过程中，理解定义非常重要，要常常思考为什么这样，而不是记它是什么。

国内外各种课本及参考书对重力概念的定义不尽一致，基本上是以下5类：

1.物体由于地球的吸引而受到的力。

2.地球对地球表面附近物体的引力称重力。

3.质点以线悬挂并相对于地球静止时，质点所受重力的方向沿悬线且竖直向下，其大小在数值上等于质点对悬线的拉力。

4.静止在地面上的物体，所受重力是地球对物体的万有引力的不能产生加速度的那个分力，能产生加速度的作用效果全部分给另一个分力，即物体随地球自转所需要的向心力。

5.地面附近一切物体都受到地球的吸引，由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力。

以上5类定义中，第1、2、3类是在不同情况下做近似研究时使用的。第5类定义为了适应低难度的要求，只轻轻地触动了一下重力的边沿，读者只能看到重力模糊不清的形象。第4类是在惯性系下建立起来的，意义虽然狭窄但是确切。

2012年在力学界出现了重力第6类定义的新版本：在静力学范围内，以放置物体的支持物或物体自身为非惯性参照系，物体所受各万有引力与各惯性力的合力叫重力。

等效原理：爱因斯坦曾经提出一个有趣的等效原理，其基本含义是指重力场与以适当加速度运动的参考系是等价的。 爱因斯坦 于1911年注意到这一规律，1915年正式以原理的形式提出。

假如太空中一个飞行车，以加速度为g的状态飞行，那么里面的人将无法区分是在地球还是在太空。

你看真正的科学家更喜欢思考，而且他们思考的方式都是把复杂的问题简化。

例题：如图所示的机构，人的质量是70kg，下面木板的质量10kg，手拉绳的力为440N，问人上升的加速度是多少？人对木板的压力是多少？

其实爱因斯坦就在我们身边，等价并非他的原创，只是他用的最好，他的引力越大时间越慢等价与速度越快时间越慢。

一般人看来这就是两回事，我们知道爱因斯坦的时间公式是.

$$\Delta t = \frac{\Delta t_0} {\sqrt{1- \frac{v^2}{c^2}}}$$

在爱因斯坦看来，如果飞车加速度g，将无法区分是在地球上还是在飞车上，后来爱因斯坦提出一个更为大胆的等效原理。假如小女孩站在角速度不变的圆盘上，离圆心越远，加速度越大，线速度也越大，也就意味着时间越慢。那么在引力非常大的黑洞周围，时间会变得更慢。

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物体在力的作用下发生的形状或体积改变叫做形变。在外力停止作用后，能够恢复原状的形变叫做弹性形变。发生形变的物体，由于要恢复原状，要对跟它接触的物体产生力的作用。这种作用叫弹力。即，在弹性限度范围之内，物体对使物体发生形变的施力物产生的力叫弹力。

日常生活中观察到的相互作用，无论是推、拉、提、举，还是牵引列车、锻打工件、击球、弯弓射箭等，都是在物体与物体接触时才会发生的，这种相互作用可称为接触力。接触力按其性质可归纳为弹力和摩擦力，它们本质上都是由电磁力引起的。

1、定义： 物体由于发生弹性形变而产生的力叫弹力。
	
2、大小：$F=kx$。 存在条件：形变、是否接触
	
3、方向：垂直于支持面而指向被压或被支持的物体。 
	
4、作用点：接触面

红色线条是电荷平衡的一种模式，后者是原子之间存在斥力和引力，他们是不是很相似，质子电荷集中与中心，电子以电子云的形式存在，必然会导致太近斥力主导，稍远引力主导。这是分子间存在斥力和引力的根本原因，也是弹力产生的本质原理，弹力不过是电磁力的宏观体现罢了。

几乎所有的物理原理都非常简单，这就是物理理论的魅力，无数科学家都希望用一个最精简的公式解释一切问题，我们学习高中知识的时候，也要保持这种心态，而不是以做题为主导。

如果严格意义，胡克定律肯定是错误的，毕竟电磁力并非是线性的，所以弹力也不可能是线性的，无数的原子相互作用，除了要符合库仑定律，还要考虑空间结构，大量分子之间的作用，反而让这个公式在某个范围趋向于线性关系，但是依然很难推导出精准的公式，我们只能根据实验来获取近似的结果。

每一个弹簧都有自己独特的劲度系数，现实中往往通过提高弹簧的圈数让线性关系的区段更长。

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两个相互接触并挤压的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动趋势时，就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力，这种力叫做摩擦力（$F_f$或$f$）。

摩擦力的方向与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反。

摩擦力本质上也是电磁力。

	
1、定义：两个相互接触并挤压的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动趋势时，就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力，这种力叫做摩擦力$F_f$，$f$。
	
2、大小：$F_f=uF_n$。 静摩擦力和推力相等，摩擦力突变会大于滑动摩擦。
	
3、方向：与运动趋势相反，还可以用手指皮肤的受力相关，皮肤形变方向即摩擦力方向。
	
4、作用点：接触面

摩擦力最难判断的就是方向：一般我是这样告诉学生，伸出你的手指，模仿运动物体，看看接触面，把接触面想象成你的手指皮肤，皮肤的形变方向就是摩擦力方向。

摩擦力的本质

凹凸啮合说

是从15世纪至18世纪，科学家们提出的一种关于摩擦力本质的理论。啮合说认为摩擦是由相互接触的物体表面粗糙不平产生的。两个物体接触挤压时，接触面上很多凹凸部分就相互啮合。如果一个物体沿接触面滑动，两个接触面的凸起部分相互碰撞，产生断裂、磨损，就形成了对运动的阻碍。

粘附说

这是继凹凸啮合说之后的一种关于摩擦力本质的理论。最早由英国学者德萨左利厄斯于1734年提出。他认为两个表面抛得很光的金属，摩擦力会增大，可以用两个物体的表面充分接触时，它们的分子引力将增大来解释。

上世纪以来，随着工业和技术的发展，对摩擦理论的研究进一步深入，到上世纪中期，诞生了新的摩擦粘附论。

两个相互接触的表面，无论做得多么光滑，从原子尺度看，还是粗糙的，有许多微小的凸起，把这样的两个表面放在一起，微凸起的顶部发生接触，微凸起之外的部分接触面间有10^-8m或更大的间隙。这样，接触的微凸起的顶部承受了接触面上的法向压力。如果这个压力很小，微凸起的顶部发生弹性形变；如果法向压力较大，超过某一数值（每个凸起上约千分之几牛顿），超过材料的弹性限度，微凸起的顶部便发生塑性形变，被压成平顶，这时互相接触的两个物体之间距离变小到分子（原子）引力发生作用的范围，于是，两个紧压着的接触面上产生了原子性黏合。这时，要使两个彼此接触的表面发生相对滑动，必须对其中的一个表面施加一个切向力，来克服分子（原子）间的引力，剪断实际接触区生成的接点，这就产生了摩擦。

人们通过不断试验和分析计算，发现上述理论提出的机理都能产生摩擦，其中粘附理论提的机理比啮合理论更普遍。但在不同的材料上，两种机理的表现有所偏向：金属材料，产生的摩擦以粘附作用为主；而对木材，产生的摩擦以啮合作用为主；实际上，关于摩擦力的本质，尚未有定论，仍在深入讨论中。

静摩擦突变以及摩擦生热

静摩擦力

相互之间接触并且有弹力，相互静止但是有发生相对运动的趋势的物体之间，存在静摩擦力。

举例来说，把书本放在桌面上，这时沿着水平方向推书，如果力气很小，会发现推不动，此时书本与桌面之间产生了摩擦力。由于书本此时相对桌面是静止的，所以叫静摩擦力。只要没有推动书，推的力气越大，静摩擦力越大，大小与推力相同。最大静摩擦力通常略大于滑动摩擦力。

滑动摩擦力

如果推书的力气足够大，书就被推动了，此时书本和桌面之间的摩擦力不再增大，成为定值，叫做动摩擦力。由于书本是在桌面上“滑动”，没有翻滚的动作，因此叫做滑动摩擦力，当发生滚动时叫作滚动摩擦力。

滑动摩擦力的大小取决于两个因素：接触面间弹力的大小，滑动摩擦系数。计算公式为$$F=uF_n$$