力,质量和加速度:牛顿第二运动定律

1999年7月7日,在韩国釜山海岸附近 - 分配给罢工战斗机中队一五一的F / A-18大黄蜂(VFA-151)打破了太平洋上空的音障。VFA-151部署在USS Constellation(CVN 64)上。

图片来源:Ensign John Gay的美国海军照片

艾萨克·牛顿的第一运动定律指出,“静止的身体将保持静止状态,除非被外力作用,否则运动中的身体将保持运动。” 那么,当外力施加在身体上时,身体会发生什么?牛顿的第二运动定律描述了这种情况。

根据美国宇航局的说法,这项法律规定,“力量等于每次变化的动量变化。对于恒定质量,力等于质量乘以加速度。” 这是以数学形式写成的F = m a

F是力,m是质量,a是加速度。这背后的数学很简单。如果你将力加倍,你的加速度加倍,但如果加倍,你将加速度减半。

牛顿于1687年在他的开创性着作“ 自然哲学的哲学原理 ”(自然哲学的数学原理)中发表了他的运动定律,其中他描述了大型物体如何在外力的影响下运动。

根据俄勒冈大学物理学教授Greg Bothun的说法, 牛顿扩展了伽利略伽利莱的早期工作,后者为群众制定了第一个准确的运动定律。伽利略的实验表明,无论大小或质量如何,所有物体都以相同的速率加速。牛顿还批评和扩展了笛卡尔的作品,他在1644年,也就是牛顿出生两年后,也出版了一系列自然法则。笛卡尔定律与牛顿第一运动定律非常相似。

加速度和速度

牛顿第二定律说,当一个恒定的力作用于一个巨大的身体时,它会使它加速,即以恒定的速率改变其速度。在最简单的情况下,施加在静止物体上的力使其在力的方向上加速。但是,如果物体已在运动中,或者从移动的惯性参考系中查看此情况,则该物体可能会根据力的方向和物体的方向看起来加速,减速或改变方向和参考框架相对于彼此移动。

等式中 的粗体字母Fa表示力和加速度是矢量,这意味着它们具有幅度和方向。力可以是单个力,也可以是多于一个力的组合。在这种情况下,我们将写出方程为Σ ˚F = 一个

大Σ(希腊字母sigma)代表作用于身体的所有力或净力的矢量和

很难想象在无限长的时间内对身体施加恒定的力。在大多数情况下,力只能在有限的时间内施加,产生所谓的冲动。对于在惯性参考系中移动而没有任何其他力(例如摩擦作用于其上)的大型物体,一定的脉冲将导致其速度的某种变化。身体可能加速,减速或改变方向,之后,身体将继续以新的恒定速度移动(当然,除非冲动导致身体停止)。

然而,有一种情况,我们确实会遇到恒定的力 - 由于重力加速引起的力,这会导致巨大的物体向地球施加向下的力。在这种情况下,由重力引起的恒定加速度写为g,牛顿第二定律变为F = mg。请注意,在这种情况下,F和g通常不会写为向量,因为它们始终指向相同的方向,向下。

牛顿理论中的最后指甲

艾萨克·牛顿爵士的引力机械概念屈服于爱因斯坦的广义相对论,因为重力探测器B显示出的空间时间比我们所看到的更多。观看卫星如何在牛顿眼中发挥作用。

质量乘以重力加速度mg的乘积称为重量,这只是另一种力。没有重力,巨大的身体没有重量,没有庞大的身体,重力不会产生力量。为了克服重力和提升一个庞大的身躯,你必须产生一个向上的力比向下的引力更大毫克

牛顿的第二部法律在行动

穿越太空的火箭队包含牛顿的所有三个运动定律。

如果火箭需要减速,加速或改变方向,则使用力来推动它,通常来自发动机。力的大小和提供推力的位置可以改变速度(加速度的大小部分)和方向中的一个或两个。

现在我们知道惯性参考系中的一个巨大的物体在受到外力时的表现如何,例如发动机如何产生推动操纵火箭,发生这种力的身体会发生什么?牛顿第三运动定律描述了这种情况。

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