物质有哪几种运动形式?力与运动又有什么关系?

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物质有哪几种运动形式?力与运动又有什么关系?

2024-06-13 01:01| 来源: 网络整理| 查看: 265

性质力主要包括:重力、弹力、摩擦力、分子力、电场力、磁场力、核力等。

效果力主要包括:拉力、张力、压力、支持力、动力、阻力、向心力、斥力、浮力等。

二、基本力

就目前人类所知,自然界中一共存在4种基本相互作用,或者说是4种基本力。它们是强核力、弱核力、电磁力以及引力。

强核力:作用于强子之间的力;

弱核力:引起阿尔法、贝塔及伽马衰变的力;

电磁力:带电粒子间的相互作用;

万有引力:具有质量的物体之间存在的吸引力。

这里必须提一下,引力有别于其他三种力,在相对论中,认为引力其实是时空弯曲。有质量的物体会使时空弯曲,以至于光也会走曲线。

物质的运动形式

生命在于运动,没有运动,宇宙也将失去活力。世界是物质的,物质是运动的,世界上的一切事物都处于永恒的运动之中。运动是绝对的,静止是相对的。放在桌上的苹果,在我们看来它是静止的,但若放大了来看,其内部的分子却在永不停息的运动。地球、太阳、银河系,乃至整个宇宙都处于永恒的运动之中。

物质的运动形式是多样的,各种运动形式之间相互联系及转化。从物理学角度来看,物质的运动形式主要可以分为机械运动、热运动、电磁运动、基本粒子运动等。

机械运动是自然界中最简单、最基本的一种运动形式,一切运动形式都包括机械运动。热运动就是原子、分子等微观粒子的无规则运动(比如布朗运动),热运动与温度有关,温度越高运动越剧烈。电磁运动与电流、磁场、电磁波等有关,总之就是包含一切电磁现象,基本运动规律遵守麦克斯韦方程。基本粒子运动是亚原子粒子的运动,其运动规律有别于宏观物质,需要用量子力学来描述。

由于机械运动是最重要的一种运动形式,下面我来详细讲解一下。通常我们所说的运动,不作特殊说明时,都是指机械运动。简单来说,机械运动就是物质的空间位置随时间而变化的过程。

机械运动的形式多样,按照运动方向的变化可以分为:曲线运动和直线运动;按照运动速度的变化可以分为:匀速运动和变速运动。其中匀速直线运动是最简单的机械运动形式。

机械运动还可以分为平动、转动和振动三种基本形式,其它形式的机械运动还有滚动、摆动等。

力与运动的关系

早在古希腊时代,先贤亚里士多德就思考过这个问题。通过观察,他认为力是维持物体运动的原因。比如推着一个箱子走,当我们停止推动时,箱子也就停下了。从经验上来看,力似乎确实是维持物体运动的原因。

经历了漫长的中世纪,欧洲进入了文艺复兴时代,近代科学也开始萌芽。伽利略通过实验证明两个铁球同时落地,发现了自由落体定律,科学实验正式进入科学研究的殿堂。

关于力与运动的关系,伽利略通过斜面实验进行了探讨。左右两个斜面组成一个V形(如图所示),当钢珠从左边斜面下滑时,如果接触面没有阻力,只在重力的作用下,不会产生能量损耗,钢珠必然会在右边斜面上爬升到同样的高度。如果将右边的斜面水平放置,由于钢珠无法达到原先的高度,钢珠将永远运动下去。

通过这个实验,伽利略认为力并不是维持物体运动的原因。笛卡尔后来也得出了相同的结果,并做出了补充,认为如果在没有外力的作用下,物体不仅会永远运动下去,而且还会以同一速度沿直线运动。牛顿正是站在这些巨人的肩膀上,并首次利用数学方法,推导出了牛顿运动三定律,开创了经典力学。

在伽利略之后,科学家们更加注重实验的重要性,实验和理论推导成为了主流的科学研究方法。人们发现,纯粹的经验和观察有时并不靠谱。为了发现科学规律,科学家们需要大胆假设、小心求证。

牛顿在巨人的基础上总结出了三大运动定律,分别是惯性定律,加速度定律,作用力与反作用力定律,发表在其科学巨著《自然哲学的数学原理》一书上。让我们来了解一下相关内容。

惯性定律(牛顿第一定律)说明了力的含义。力不是维持物体运动的原因,而是改变物体运动的原因。一切物体皆具有惯性,所谓的惯性就是物体保持静止状态或者匀速直线运动状态的性质,这是物体固有的属性。质量越大的物体惯性也就越大,质量可以用来衡量物体的惯性大。

加速度定律(牛顿第二定律)指出了力的作用效果。力会改变物体的运动状态,即物体运动速度的大小和运动方向会发生改变,更专业一点就是力会使物体产生加速度。在一定作用力时,加速度的大小和物体的质量成反比。也就是说,同样的推力,质量越大所能产生的加速度越小。更深刻一点就是物体的惯性越大,物体的运动状态越难被改变。

作用力与反作用力定律(牛顿第三定律)揭示了力的本质。力是两个物体间的相互作用,施力物体必然会受到相同大小的反作用力,作用力与反作用力方向相反且在同一条直线上。同一直线上二力的平衡是两个大小相同的力作用在同一物体上,要注意区别。

总之牛顿运动定律就回答了两个问题,力是什么?力有什么用?

拓展一下,经典力学只适用于描述低速运动的宏观物体。日常生活中基本上很少有物体的运动速度接近光速,所以用经典力学就可以满足相应的精度要求。对于微观世界,则需要用量子力学来描述;对于高速运动(接近光速)的物体,则需要用相对论力学来描述。

好了,后面还会介绍更多物理科普知识,欢迎关注。

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