物理学要研究万事万物的运动状况,牛顿第二定律F=ma告诉你:小伙子,想知道物体是怎么运动的吗?那就去看看它受到了什么力吧。我传你一套祖传秘籍F=ma,只要你告诉我它受到了什么力,我就能告诉你它将怎样运动。
有了牛顿第二定律的神助攻,我们研究万事万物怎样运动的宏伟目标,就变成了研究万事万物都受到了什么力。
那样,世界上都有些什么力呢?面临各种各样的力,我们又要怎样研究呢?
答案是:先分类,再各个击破。
我们先对所有的力逐一盘问:你造成物体的运动状态发生了这么的改变,你是什么力?
就像提着一袋垃圾走向分类垃圾桶时,经常也会收到的问候一样:你是什么垃圾?
然后,我们就坐在力的分类桶前面开始审查:你让苹果加速下落,是引力,去1号桶;你让月亮围着地球转,还是引力,也去1号桶;你让杯子无法穿透桌面掉下去,是支持力,本质上是电磁力,去2号桶;你让原子核里的质子、中子没有因为电磁斥力散架,是强力,去3号桶……
科学家就这么对各种运动现象逐一考察,找出它们背后的力,然后对那些力进行分类。
最后你猜结果怎么着?
最后,各位惊奇地发现:只要4个桶,不用成百上千,也不要十个八个,只要4个桶就能把人类迄今为止发现的所有力都装进去。
什么意思?意思就是我们对各种力进行分类,发现力的数量尽管多,但种类却很少,仅有区区4种(不过科学家还是认为多,他们巴不得仅有1种才好),这4种力分别是:引力、电磁力、强力、弱力。
这就非常有意思了。
你看啊,牛顿第二定律告诉我们:假如你想研究物体的运动状况,就去分析它的受力状况。知道了受力状况,就能通过F=ma求出它的加速度,进而知道它的运动状况。
一开始看到这段话, 许多人可能认为这是在转移矛盾,认为这无非就是把锅从运动状况甩到受力状况这边来了,并没有实质性地解决问题。
可是,目前告诉你:尽管物体的运动状况很复杂,但决定物体运动的力,却仅有屈指可数的4种。
这么,问题的性质就从完全上发生了变动:假如总共仅有4种力,那我根本能够把它们一个个弄清楚啊,毕竟4个又不多。
深层次研究4种力,回报是掌握一切物体的运动状况,这买卖,太值了!
当然,你可能会疑虑:真的只要4种力就能搞定一切?有那样便宜?我读书少,你不要骗我。
尽管我们说有4种力,即引力、电磁力、强力、弱力。可是,强力和弱力只在原子核级别才有显著作用,日常生活中一般感觉不到它们的存在。
于是,你在高中会碰到的所有力,就仅有引力和电磁力两种。
接下来,我们就来仔细看看这两种力,看看为何说日常生活中只能感觉到引力和电磁力。
09
什么是引力?
引力,又叫万有引力。
万有的意思很明显,就是说这类力是普遍存在的,任何两个有质量的物体之间都有这么一种力,谁也跑不掉(在牛顿力学里先这么理解,之后学了广义相对论,你会对引力有更加深刻的认识)。
这个意思很直白,就是说万物之间都会相互吸引。
你可能会疑虑:不会吧,万物之间都有吸引力?我和学生、课桌、教室之间也有?为何从来没感觉到?
引力确实是万有的,别说跟你学生,就是看文章的手机,跟绣花针之间都引力。只不过那些力都太小,察觉不到。
为何引力小呢?当然是因为质量小。你的体重在引力眼里不值一提,想感受引力,就得选个质量大的。
比如,你能够挑选教学楼,你和一栋楼之间的引力就比两个人之间的大多了(想想教学楼的质量是你学生的多少倍)。不过,这个引力还是太小,依然感觉不到。
那再大一点,挑选喜马拉雅山。很可惜,还是太小。
你可能要发飙了,我和这样大一座山之间的引力还小?你怕不是来忽悠我的吧。还嫌质量小,那我把整个地球选给你好不好?
好,那我就不客气地签收了!这次你选对了。
引力尽管是万有的,可是它非常微弱,我们须要地球这个级别的物体才能直观感受到它的存在。
地球和我们之间的引力深深影响着每个人的生活,它给了我们安全感,也给了我们恐惧。它让地球不会分崩离析,也俘获了月亮的心……
你能够想一想,为何你每次跳起来以后都会落回地面?