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高中物理 运动与力的关系——牛顿第二定律的同体性和独立性

作者:南宫很二发布时间:2024-10-31

通过上一节学习了牛顿第二定律的矢量性和瞬时性,这一节学习牛顿第二定律的同体性和独立性。

F%3Dma中的合力F、质量m和加速度a都是针对同一个物体的。比如有两个物体甲和乙,物体甲受到的合外力F_%7B%E7%94%B2%7D就等于物体甲的质量m_%7B%E7%94%B2%7D与物体甲的加速度a_%7B%E7%94%B2%7D的乘积。即F_%7B%E7%94%B2%7D%3Dm_%7B%E7%94%B2%7Da_%7B%E7%94%B2%7D,与乙的质量和加速度无关。

m就是这个单一物体的质量,对应的F就是这个物体所受到的合外力,a也就是这个单一物体的加速度。

m就是这个整体的总质量,对应的F就是这个整体所受到的合外力,系统内各物体之间的作用力是不算的,a对应的就是整个物体组的加速度。

Fma一定是对同一物体而言的,这就是同体性。

所谓独立性是指当物体受到几个力的作用时,每个力各自独立的使物体产生一个加速度,就像其它力不存在一样,有几个力就有几个加速度,物体的实际加速度就是这几个加速度的矢量和,这个特性非常重要。

独立性

x轴和y轴方向上,再由牛顿第二定律列出方程%7BF_%7Bx%7D%7D_%7B%E5%90%88%7D%3Dma_%7Bx%7D%7BF_%7By%7D%7D_%7B%E5%90%88%7D%3Dma_%7By%7D进行求解。

30%C2%B0,扶梯上站着一个人质量m%3D50kg,跟着扶梯一起以加速度a%3D2m%2Fs%5E2向上做加速运动,求此时人受到扶梯的支持力和摩擦力的大小和方向。

mg,竖直向上的支持力N,还有一个摩擦力f,由于人相对于扶梯有向左的运动趋势,摩擦力的方向与之相反水平向右。

a_y,而摩擦力产生了向前的加速度a_x,将加速度正交分解,x轴方向上a_%7Bx%7D%3Da%5Ccos%2030%C2%B0%20y轴方向上a_%7By%7D%3D%5Csin%2030%C2%B0%20

x轴方向f%3Dma_%7Bx%7Dy轴方向N-mg%3Dma_%7By%7D,带入数据可得f%3D86.6N%EF%BC%8CN%3D550N

x轴和y轴方向上使用牛顿第二定律,就可以求解了。

在建立直角坐标系的时候,应该将尽量多的矢量落在坐标轴上,这样就可以减少要分解的矢量数量。

总结

同体性是指使用牛顿第二定律时,力、质量和加速度都必须对应同一个物体或同一系统。

独立性保证了正交分解解题的正确性。



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