高中力学典型题(经典力学范围内)
高中学的力,有摩擦力,压力,弹力,引力,磁力等。但力到底是什么?不要扯,力是改变物体运动状态的原因。问到力,不要去想力,人是万物的尺度,多想想人是什么,想想人类的先祖,想想人类文明的建立。人类一直在征服自然,改造自然,在这个过程中,人总结了力。你打了我一拳,刺了我一枪,这个过程中我感觉到了力,而存在即可感,所以力是存在的,主要形成于人五感中的触觉。力是接触,挤压,产生形变,所以力是形变,不要扯你打了墙一拳,墙发生了形变,而你没看到罢了,但还是习惯称之为力,而不是形变。你打了我一拳,我后退了一步。这个过程中,我的细胞产生了形变,甚至有的细胞挤破裂了,而每个前一排的细胞又挤着后一排的细胞发生运动状态改变,所以加速度a是力的一种附属品,一种属性,它在触觉上是不存在的。再看看什么是属性。我问什么数的平方为2?没有人知道这个数,它不存在,但你依然回答到根号2的平方等于2,因为根号2的平方就等于2啊。同样,什么药可以包治百病?世上不存在这种药。但你可以答灵丹妙药可以包治百病。高中有学特殊的力,如引力,磁力。引力更习惯性地称为引力场,它是不可感,不存在的,它不是力,为什么?来看看它是怎么被发现的。传说,牛顿在自己家院下乘凉,被一个苹果砸到了,发现了万有引力。这段话最重要的一个字是什么?砸。正是突然被苹果砸到了,让牛顿感受到了力,但他很聪明,他一想苹果又不是人,凭什么可以打我,所以大胆推断这是一种人类从未发现过的万有引力的作用。引力不仅人感不到,连现代科技也感觉不到它的介质,只有猜测。上面的力来源于人的触觉,但人是可以进化,修练,像五感一样,去强化拥有第六感,心觉,第七感末那,第八感阿赖耶识,第九感阿摩罗识。但那时人己经不是人了,已经是仙,神,上帝,能晓万物,明过去未来,全知全能。你问上帝什么是力?一个问题问不同的人,答案不同,何况是上帝。他会说引力是力,空间是力,时间也是力。再来看看那个砸中牛顿的苹果。苹果在下落过程中不受力,因为没形变,假设没有空气,但你依然可以说苹果受到引力在加速接进地球,因为这是你视觉所感受到的。上面说到了加速度是力的一种属性,在触觉上不可感,而引力同样也在触觉上不可感,它两者都不是力。但分析苹果下落,你会说出引力造成了加速度。但引力不是力,加速度是力的属性,引力怎么可能造成加速度的改变。所以推断引力处于加速度的同一级别层次,并可以转化成加速度,因此引力也是力的属性。那么只能引力转化为加速度吗?之所以产生这样的疑问,是因为你主观地动用了视觉,开启了一个上帝视角。所以,解铃还须系铃人,让我们用人的触觉来感受力。爱因斯坦在狭义相对论中描述了这样一个场景。你昨天进入了停在地球上的宇宙飞船中,它能自动驾驶,并且它是完全封闭的,没有窗子,没有装在外的摄像头并连接装在内的显示器,也就是对于外界,你是不可见地,这是个封闭的系统。昨晚你睡得很沉,像死猪一样。今天你与往常一样起床,而后你站在地板上产生了疑问。飞船是停在了地球上,还是咋晚飞离了地球的引力系统,并向上以加速度g移动。你现在与地板接触,挤压,产生形变,存在力,但根据力无法判断处于哪种状态。所以现在明白了加速度与引力可以相互转化,并同为力的附属品。现在你明白了什么是力,但光说不练假把式,分析几道题。
平常所见水杯,水平面与引力是重直的,引力是矢量,有方向。当使水杯以加速度a水平向右时,稳定后,问水平面方向。a与g都是矢量,把加速度a转化引力a,再与g进行矢量叠加。
长方体M上有小正方体L,之间摩擦系数为u,L质量为m.。两个物体在牵挂下向右加速,看作向左的引力a,如果L,m没有相对移动,f=ma,发生相对移动,L相对于M的加速度为a-ug
还是这样,a=g/tann∝,合引力为h,恰好于斜面平行,所以没有压力,支持力,没有摩擦力。
给两者一个向右的初速度Ⅴ,u=tan∝,对于正方体,合引力垂直斜面,所以没有摩擦力,只有压力,支持力。
同样向心加速度,转化成引力与g叠加后,求出偏移角,就像你晾的衣服,竖直向下。
平常水箱里的空气球会往上飘,与引力相反。再加上向右的加速度后,引力向左,气球向右飘。矢量可以叠加,产生的效果也可以叠加。水箱里气泡也是这样。
上面这种,气体,液体是流体。流体是具有相同性质的物体。固体,泥石流,流沙,也是流体。在有引力的情况下,比如地球,流体之间相互挤压存在力,产生了大气压强,水压,引发了浮力,密度越大的流体会挤在越下面。流体有这样的特性,所以有差速离心器。
掌握了这些,还不足以解决高中所有宏观上的力学问题。但引力毫无疑问是很重要的,因为研究对象都在地球上,都要考虑地球引力的影响。不会有人抽筋把题设放到外太空,这对人毫无意义。那什么时候引力不重要了,涉及到了微观时。
总结下,引力,或者说引力势能不是力,这是由心觉,视觉所感受的。人的六觉也不是独立的,心觉和五感交互形成了时间的概念,时间或许不存在,它是记忆的集合体。
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