01电子课文●第一章 力_威尼斯小艇课文电子版
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电子课文●第一章 力
电子课文●一 力
力是物体间的相互作用 我们在初中已经学过，力是物体之间的相互作用．用手提水桶，手对水桶施加了力，同时我们感到水桶向下拉手，即水桶对手也施加了力．用手压弹簧，手对弹簧施加了力，同时弹簧对手也施加了力．机车牵引列车前进，机车对列车施加了力，同时列车对机车也施加了力．汽锤锻打工件，汽锤对工件施加了力，同时工件对汽锤也施加了力．
一个物体受到力的作用，一定有另外的物体施加这种作用．前者是受力物体，后者是施力物体．只要有力发生，就一定有受力物体和施力物体．有时为了方便，只说物体受到了力，而没有指明施力物体，但施力物体一定是存在的． 力的图示 我们在初中学过，力的大小可以用测力计（弹簧秤）来测量．在国际单位制中，力的单位是牛顿，简称牛，符号是N．
力不但有大小，而且有方向．物体受到的重力是竖直向下的，物体在液体中受到的浮力是竖直向上的．力的方向不同，它的作用效果也不同．作用在运动物体上的力，如果方向与运动方向相同，将加快物体的运动；如果方向与运动方向相反，将阻碍物体的运动．可见，要把一个力完全表达出来，除了力的大小，还要指明力的方向．
力可以用一根带箭头的线段来表示．线段是按一定比例（标度）画出的，它的长短表示力的大小，它的指向表示力的方向，箭头或箭尾表示力的作用点，力的方向所沿的直线叫做力的作用线．这种表示力的方法，叫做力的图示． 图1-1中的力的图示表示作用在小车上的力为100N，方向水平向左．有时只需要画出力的示意图，即只在图中画出力的方向，表示物体在这个方向上受到了力．
力的种类 从力的性质来看，力学中经常遇到的有重力、弹力、摩擦力．我们还会见到拉力，压力、支持力、动力、阻力等，这是根据力的效果来命名的．效果不同的力，性质可以相同．例如压力和支持力都是弹力，只是效果不同．性质不同的力，效果可以相同．例如不论是什么性质的力，只要效果是加快物体运动的，就可以称它为动力；效果是阻碍物体运动的，就可以称它为阻力．今后我们还会遇到根据效果来命名的力的名称．
电子课文●二 重力
重力 地球上一切物体都受到地球的吸引，这种由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力．一个物体受到10N的重力，也可以说这个物体的重量是10N． 重力不但有大小，而且有方向．悬挂物体的绳子静止时总是竖直下垂的，由静止开始落向地面的物体总是竖直下落的，可见重力的方向是竖直向下的． 重力的大小可以用弹簧秤测出．物体静止时对弹簧秤的拉力（图1-2甲）或压力（图1-2乙），大小等于物体受到的重力．用悬绳挂着的静止物体，用静止的水平支持物支持的物体，对竖直悬绳的拉力或对水平支持物的压力，大小等于物体受到的重力．
在已知物体质量的情况下，重力的大小可以根据初中学过的重力G跟质量m成正比的关系式G=mg计算出来，式中g=9.8N／kg，表示质量是1kg的物体受到的重力是9.8N．
重心 一个物体的各部分都要受到重力的作用．从效果上看，我们可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫做物体的重心． 质量均匀分布的物体（均匀物体），重心的位置只跟物体的形状有关．有规则形状的均匀物体，它的重心就在几何重心上．例如，均匀细直棒的重心在棒的中点，均匀球体的重心在球心，均匀圆柱的重心在轴线的中点（图1-3）．
质量分布不均匀的物体，重心的位置除跟物体的形状有关外，还跟物体内质量的分布有关．载重汽车的重心随着装货多少和装载位置而变化（图1-4）．起重机的重心随着提升物的重量和高度而变化．
电子课文●实验
薄板的重心位置可以用悬挂法求出（图1-5）．先在A点把物体悬挂起来，当物体处于平衡时，由二力平衡条件知道，物体所受的重力跟悬绳的拉力在同一直线上，所以物体的重心一定在通过A点的竖直线AB上．然后在D点把物体悬挂起来，同样可以知道，物体的重心一定在通过D点的竖直线DE上．AB和DE的交点C，就是薄板重心的位置．
电子课文●三 弹力
被拉长或被压缩的弹簧对跟它接触的小车产生力的作用，可以使小车运动起来（图1-7）．被压弯的细木棍或细竹竿对跟它接触的圆木产生力的作用，可以把圆木推开（图1-8）．发生弯曲的跳板对跟它接触的运动员产生力的作用，可以把运动员弹起来（图1-9）．物体的伸长、缩短、弯曲等等，总之物体的形状或体积的改变，叫做形变．上面的例子说明，发生形变的物体，由于要恢复原状，对跟它接触的物体会产生力的作用．这种力叫做弹力．如果形变过大，超过一定限度，物体的形变将不能完全恢复，这个限度叫做弹性限度．地球对物体产生重力，并不需要地球和物体直接接触．弹力则不同，弹力产生在直接接触并发生形变的物体之间．
不仅细木棍、弹簧等能发生形变，任何物体都能发生形变，不能发生形变的物体是不存在的，不过有的形变比较明显，可以直接看出；有的形变极其微小，要用仪器才能显示出来．把物体挂在弹簧上，弹簧伸长，对被挂物体产生向上的弹力．把物体挂在细线上，细线也伸长，对被挂物体产生向上的弹力，只是细线的伸长很微小，直接观察不到．
电子课文●实验
图1-10是一种显示微小形变的装置，它可以把微小形变“放大”到可以直接看出来．在一张大桌子上放两个平面镜M和N，让一束光依次被这两面镜子反射，最后射到一个刻度尺上，形成一个光点．用力压桌面，镜子要向箭头所示的方向倾斜．由于两面镜子之间的距离较大，光点会在刻度尺上有明显的移动，把桌面的形变显示出来．
弹力的大小跟形变的大小有关系，形变越大，弹力也越大，形变消失，弹力就随着消失．对于拉伸形变（或压缩形变）来说，伸长（或缩短）的长度越大，产生的弹力就越大．例如弹簧伸长或缩短的长度越大，弹力就越大．对于弯曲形变来说，弯曲得越厉害，产生的弹力就越大．把弓拉得越满，箭就射出得越远．用力扭横杆，可以使金属丝发生扭转形变（图1-11）．扭转得越厉害，产生的弹力就越大．
【例1】 放在水平桌面上的书，由于重力的作用而压迫桌面，使书和桌面同时发生微小的形变．书由于发生微小的形变，对桌面产生垂直于桌面向下的弹力F1，这就是书对桌面的压力；桌面由于发生微小的形变，对书产生垂直于书面向上的弹力F2，这就是桌面对书的支持力（图1-12）．
静止地放在倾斜木板上的书，由于重力的作用也压迫木板，它们都发生微小形变，致使书对木板有垂直于木板斜向下方的压力F1，木板对书有垂直于书面斜向上方的支持力F2（图1-13）．
可见，通常所说的压力和支持力都是弹力．压力的方向垂直于支持面而指向被压的物体，支持力的方向垂直于支持面而指向被支持的物体．
【例2】 挂在电线下面的电灯，由于重力的作用而拉紧电线，使电灯和电线同时发生微小的形变．电灯由于发生微小的形变，对电线产生竖直向下的弹力F1，这就是电灯对电线的拉力；电线由于发生微小的形变，对电灯产生竖直向上的弹力F2，这就是电线对电灯的拉力（图1-14）．
可见，通常所说的拉力也是弹力．绳的拉力是绳对所拉物体的弹力，方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向．
显示微小形变
用简单的装置也可以显示微小形变：找一个大玻璃瓶，装满水，瓶口用中间插有细管的瓶塞塞上（图1-15）．用手按压玻璃瓶，细管中的水面就上升；松开手，水面又降回原处．这说明玻璃瓶受到按压时发生形变．
电子课文●四 摩擦力
滑动摩擦 摩擦力也是在两个互相接触的物体之间产生的．一个物体在另一个物体表面上相对于另一个物体滑动的时候，要受到另一个物体阻碍它相对滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力．滑动摩擦力的方向总跟接触面相切，并且跟物体的相对运动的方向相反（图1-18）．实验表明：滑动摩擦力跟压力成正比，也就是跟一个物体对另一个物体表面的垂直作用力成正比．如果用F表示滑动摩擦力的大小，用FN表示压力的大小，则有
F=μFN
其中μ①是比例常数，叫做动摩擦因数，它的数值跟相互接触的两个物体的材料有关，材料不同，两物体之间的动摩擦因数也不同．动摩擦因数还跟接触面的情况（如粗糙程度）有关．在相同的压力下，动摩擦因数越大，滑动摩擦力就越大．动摩擦因数是两个力的比值，没有单位．
①μ：希腊字母，汉语拼音读法是miu．
除了滑动摩擦，还有滚动摩擦．滚动摩擦是一个物体在另一个物体表面上滚动时产生的摩擦．滚动摩擦比滑动摩擦小得多，滚动轴承就是利用滚动摩擦小的事实制成的．
【例题】 在东北的冬季伐木工作中，许多伐下的木料被装在雪橇上，用马拉着雪橇在冰道上滑行，将木料运送出去（图1-19）．一个有钢制滑板的雪橇，上面装着木料，总重量为4.9×104N．在水平的冰道上，马要在水平方向用多大的力，才能够拉着雪橇匀速前进？
分析 雪橇（包括木料）在水平方向受到两个力的作用：马对雪橇的拉力F1，冰道对雪橇的滑动摩擦力F2（分析雪橇的受力情况）．
在这两个力的作用下，雪橇匀速前进（明确雪橇的运动情况）．
从初中学过的二力平衡的知识知道，F1和F2大小相等，方向相反，即F1=F2．滑动摩擦力F2的大小可以由F2=μFN求出．其中FN的大小等于雪橇的总重量G，即FN=G；钢和冰之间的动摩擦因数μ的数值可在课文的表中查出：μ=0.02．重量G是已知的，由此可求出F2，进而求出马的拉力F1（运用已学过的知识把待求量与已知量联系起来）．
解 已知G=4.9×104N，μ=0.02，求拉力F1
F1=F2=μFN=μG 代入数值得 F1=0.02×4.9×104N =980N 马要在水平方向用980N的力，才能够拉着雪橇匀速前进．
静摩擦 滑动摩擦是一个物体在另一个物体表面上有相对运动的时候发生的．互相接触的两个物体处于相对静止的时候，是不是也可以发生摩擦呢？我们用不大的水平力在水平地板上推箱子，虽然箱子有相对于地板运动的趋势，但箱子并没有动，就是因为箱子跟地板之间发生了摩擦．这个摩擦力和推力都作用在箱子上，它们的大小相等，方向相反，彼此平衡，因此箱子保持不动．这时发生的摩擦叫做静摩擦．静摩擦力的方向总跟接触面相切，并且跟物体相对运动趋势的方向相反（图1-20）．
逐渐增大对箱子的推力，如果推力还不够大，箱子仍旧保持不动．静摩擦力跟推力仍旧彼此平衡．可见静摩擦力随着推力的增大而增大．但是静摩擦力的增大有一个限度，静摩擦力的最大值Fmax叫做最大静摩擦力．推力超过最大静摩擦力，就可以把箱子推动了．最大静摩擦力等于使箱子刚要运动时的推力．两物体间实际发生的静摩擦力F在零和最大静摩擦力Fmax之间，即0＜F≤Fmax． 静摩擦力是很常见的．拿在手中的瓶子、毛笔不会滑落，就是静摩擦力作用的结果．能把线织成布，把布缝成衣服，也是靠纱线之间的静摩擦力的作用．静摩擦力在生产技术中的应用也很多．皮带运输机（图1-21）是靠货物和传送皮带之间的静摩擦力，把货物送往别处的．
关于摩擦力
在桌面上放一些铁质的小物体（如曲别针、小铁钉等），让磁铁慢慢地靠近它们，尽管磁铁对它们的吸引力逐渐增大，它们仍可能静止不动．当磁铁靠近到某一程度时，可以看到，它们会突然迅速奔向磁铁．做这个实验，解释看到的现象．
电子课文●实验
图1-26甲表示橡皮条GE在两个力的共同作用下，沿着直线GC伸长了EO这样的长度．图1-26乙表示撤去F1和F2，用一个力F作用在橡皮条上，使橡皮条沿着相同的直线伸长相同的长度．力F对橡皮条产生的效果跟力F1和F2共同产生的效果相同，所以力F等于F1和F2的合力．
合力F跟力F1和F2有什么关系呢？在力F1和F2的方向上各作线段OA和OB，根据选定的标度，使它们的长度分别表示力F1和F2的大小（图1-26丙）．以OA和OB为邻边作平行四边形OACB．量出这个平行四边形的对角线OC的长度，可以看出，根据同样的标度，合力F的大小和方向可以用对角线OC表示出来．
改变力F1和F2的大小和方向，重做上述实验，可以得到同样的结论．
实验表明，如果用表示两个共点力F1和F2的线段为邻边作平行四边形，那么，合力F的大小和方向就可以用这两个邻边之间的对角线表示出来．这叫做力的平行四边形定则．
如果有两个以上的共点力作用在物体上，我们也可以应用平行四边形定则求出它们的合力：先求出任意两个力的合力，再求出这个合力跟第三个力的合力，直到把所有的力都合成进去，最后得到的结果就是这些力的合力．
根据力的平行四边形定则作图，可以看出，力F1和F2的合力F的大小和方向随着F1和F2之间的夹角而变化．当夹角等于0°时，力F1和F2在同一直线上且方向相同，F=F1+F2，合力的大小等于两个力的大小之和，合力的方向跟两个力的方向相同．当夹角等于180°时，力F1和F2在同一直线上但方向相反，F=F1-F2，合力的大小等于两个力的大小之差，合力的方向跟两个力中较大的那个力的方向相同．
力既有大小，又有方向，力的合成要遵守平行四边形定则．在物理学中，像这样的物理量叫做矢量．力是矢量，我们在初中学过的速度也是矢量．而长度、质量、时间、温度、能量等物理量，只有大小，没有方向，在物理学中叫做标量． 【例题】 力F1＝45N，方向水平向右．力F2=60N，方向竖直向上．求这两个力的合力F的大小和方向．
解 用作图法求解．选择某一标度，例如用6mm长的线段表示15N的力，作出力的平行四边形，如图1-27所示，表示F1的线段长18mm，表示力F2的线段长24mm．
用刻度尺量得表示合力F的对角线长30mm，所以合力的大小F=15N
用量角器量得合力F与力F1的夹角为53°．
电子课文●五 力的合成等效代替——物理学中常用的方法．
在大多数实际问题里，物体不只受到一个力，而是同时受到几个力．一个物体受到几个力共同作用的时候，我们常常可以求出这样一个力，这个力产生的效果跟原来几个力共同产生的效果相同，这个力就叫做那几个力的合力．求几个力的合力叫做力的合成．
几个力如果都作用在物体的同一点，或者它们的作用线相交于同一点，这几个力叫做共点力．下面用实验研究两个共点力的合成．
电子课文●六 力的分解
作用在物体上的一个力往往产生几个效果．拖拉机拉着耙来耙地，对耙的拉力F是斜向上方的，这个力产生两个效果：使耙克服泥土的阻力前进，同时把耙上提．这两个效果相当于两个力产生的（图1-28）：一个水平的力F1使耙前进，一个竖直向上的力F2把耙上提．可见力F可以用两个力F1和F2来代替，力F1和F2就叫做力F的分力．求一个已知力的分力叫做力的分解．
因为分力的合力就是原来被分解的那个力，所以力的分解是力的合成的逆运算，同样遵守平行四边形定则．把一个已知力F作为平行四边形的对角线，那么，与力F共点的平行四边形的两个邻边，就表示力F的两个分力．在图1-28中，F1和F2是F的两个分力．
我们知道，如果没有其他限制，对于同一条对角线，可以作出无数个不同的平行四边形（图1-29）．也就是说，同一个力F可以分解为无数对大小、方向不同的分力．一个已知力究竟该怎样分解，这要根据实际情况来决定．下面举两个实例．
【例1】 放在水平面上的物体受一个斜向上方的拉力F，这个力与水平方向成θ角（图1-30）．这个力产生两个效果：水平向前拉物体，同时竖直向上提物体．因此为F可以分解为沿水平方向的分力F1和沿竖直方向的分力F2．力F1和F2的大小为
F1=Fcosθ F2=Fsinθ
【例2】 把一个物体放在斜面上，物体受到竖直向下的重力，但它并不能竖直下落，而要沿着斜面下滑，同时使斜面受到压力．这时重力产生两个效果：使物体沿斜面下滑以及使物体紧压斜面．因此重力G可以分解为这样两个分力：平行于斜面使物体下滑的分力F1，垂直于斜面使物体紧压斜面的分力F2（图1-31）．
如果已知斜面的倾角θ，就可以求出分力F1和F2的大小．由于直角三角形ABC和OQN相似．所以
F1＝Gsinθ F2＝Gcosθ
可以看出，F1和F2的大小都和斜面的倾角有关．斜面的倾角增大时，F1增大，F2减小．车辆上桥时，分力F1阻碍车辆前进；车辆下桥时，分力F1使车辆运动加快．为了行车方便与安全，高大的桥要造很长的引桥，来减小桥面的坡度．
本章小结
本章学习了有关力的基本知识．一定要确切理解本章的内容，为今后学习其他力学知识打好基础．
（1）什么是力？怎样作力的图示？从力的性质看，力学中经常遇到的有哪几种力？有哪些力的名称，是根据力的效果命名的？
（2）重力是怎样产生的？它的大小和方向是怎样的？什么叫重心？有规则形状的均匀物体，重心的位置是怎样的？
（3）弹力是在什么条件下产生的？为什么说拉力、压力和支持力都是弹力？它们的方向是怎样的？
（4）滑动摩擦力是在什么情况下产生的？它的方向是怎样的？滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关？滑动摩擦力跟接触面间的压力有什么关系？
（5）静摩擦力是在什么情况下产生的？它的方向是怎样的？什么叫最大静摩擦力？实际发生的静摩擦力在什么范围之内？
（6）力的合成要按照什么定则来进行？这个定则的内容是什么？
（7）为什么力的分解和合成遵守相同的定则？一个力，如果知道它的一个分力的大小和方向，或者知道两个分力的方向，这个力的分解有没有确定的答案？
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