还能够加个斜面,让木块从一个倾斜角θ的地方滑下来,就跟滑滑梯一样。
这么的话,物体尽管还是被重力吸着往下滑。可是,因为重力的方向是竖直向下的,木块却沿着斜面滑动,两者的方向并不一样。
由于力是一个矢量,我们能够把它按照平行四边形法则分解。
比如,我们让两艘船分别向西、向南拉一艘货轮,这两个力却会让货轮往西南方向前进,仿佛西南方向有一个力在拉货轮似的。
那样,西南方向这个力就是原来两个力的合力,它也能够分解为原来正西、正南方向上的两个分力。
相同,重力是竖直向下的,我能够把它沿着斜面和垂直斜面进行分解。这么,让物体沿着斜面加速运动的仅仅是沿着斜面方向的分力。
我们把这个分力算出来,套入F=ma,就能求出沿着斜面方向上物体的加速度了。这里会涉及 一部分简单的三角测算,也是非常简单的事。
总之,我们会用各种方式把这个物体的受力状况搞复杂,让你去分析这个物体的合力(或者某一方向的合力),再借助牛顿第二定律F=ma求出加速度(或某一方向的加速度),再分析运动状况。
把受力状况搞复杂的方法,能够是添加各种其它形式的力,也能够是添加类似斜面这么的东西让它复杂化。可是,只要我们知道各种力的描述公式,知道力怎样进行合成分解,那些都是非常简单事情。
知道了出题人会怎样把受力状况搞复杂之后,我们再来看另一大半:怎样把运动状况搞复杂?
19
运动部分复杂化
因为不让用微积分,无法处理复杂的变加速问题,我们就来分析一个最一般的匀加速运动。一般的意思就是:把它搞定了,其它所有状况就都搞定了。
一个典型的匀加速运动涉及5个物理量:初速度V0、末速度Vt、加速度a、运动时间t、运动距离S。
比如,一个苹果从树上静止下落,1秒后下落了5米,速度变成了10m/s。那样,这个过程中,初速度V0=0,末速度Vt=10m/s,运动时间t=1s,加速度a=g=10m/s⊃2;,运动距离S=5m。
我们关心的运动相关的物理量,就全部都在这里了。
接下来是重点:这5个运动相关的物理量,任意已知3个,我们都能求出另外的2个。因为我们有2个显而易见的恒等式,5-3=2。
第一个等式就是加速度的定义。你想想,加速度是什么?
加速度就是物体在单位时间(1秒钟)内速度的变动量。假如物体的初速度是1m/s,2秒后变成了5m/s,那它的加速度就是(5-1)/2=2m/s⊃2;,意味着它在1秒内速度会增多2m/s。
相同,假如物体的初速度是V0,经过时间t后速度变成了Vt,那物体的加速度a就能够表示为:a=(Vt-V0)/t。
整理一下,把t乘到左边,V0移过去。那初速度V0、末速度Vt、加速度a、时间t之间就有这么一个关系:Vt=V0+at(关系1)。
直观地看,加速度a是物体在单位时间内增多的速度,时间t后物体的速度就增多了at。那样,我用初速度V0加上增多的速度at,自然就得到了末速度Vt。
这本质上还是加速度的定义。
再看距离S,我们是怎样求物体的运动距离的呢?
因为是匀加速运动,我们能够用初速度V0和末速度Vt的平均值(V0+Vt)/2当作整个运动过程的平均速度。
比如,物体一开始速度为0,1秒后速度变成了10m/s,那它这段时间的平均速度就是(0+10)/2=5m/s。当然,这只在匀加速时成立,假如是变加速就不能这样干了(为何不能你能够想一想)。
好,知道了平均速度和时间,距离S就能够表示为它们的乘积,即:S=(V0+Vt)×t/2(关系2)。
这么,我们就有了两个固定的关系式,一个是加速度的定义,另一个是借助平均速度求距离:
这两个式子的物理意义都很明确,容易理解。
有了这两个式子的神助攻,接下来,任意已知3个物理量,我们都能够求出剩下的物理量。
在学习物理时,为了加快解题速度,背一堆公式是比较常规的操作。比如,已知V0、a、t,怎么求S啊,已知V0、Vt、a,怎么求S之类的。
可是在学习物理时,不建议在没有理解它的物理意义,没搞清楚它背后的物理图像之前死记硬背任何公式。
好,我们目前知道跟物体运动相关的物理量就那样5个,有了那2个等式之后,其它关系式都能够从这里推出来。