單元壹:力

 

一、力的種類和特性

()力的種類:

1.「力」依其作用的特性可分為:超距力接觸力兩類。

(1)超距力:又稱「非接觸力」,指施力者不需接觸受力者即有作用的力,自然界中有三種超距力;亦即:萬有引力、靜電力和磁力。

(2)接觸力:指施力者必需在接觸受力者的情形下才能產生作用的力,例如:人對物體的施力、浮力、摩擦力、彈力…等。

2.以微觀的角度而言,物質分子彼此之間也有力的作用,如凡得瓦爾力,但本主題主要是針對巨觀的角度探討力的特性。

()力的特性:

1.力的兩大效應:

(1)當物體受力的作用時,會發生形狀的改變,且物體形變的量與所受的外力成正比

(2)當物體受力的作用時,會發生運動的改變,且物體所受的外力大小與物體獲得的加速度成正比

2.當物體受到力的作用時可能發生上述兩種效應,或只發生其中兩者之一,亦即當物體發生形變或運動狀態改變時,必定受到力的作用。

3.牛頓就是看到蘋果從樹上掉下來:因為蘋果發生「運動狀態改變」,故必定受到力的作用,換言之;受力的物體會沿著受力的方向產生一方向相同的加速度,牛頓據此特性發現了萬有引力的存在。

4.力是具有方向性大小量值的物理量。

()力的圖形:

1.力的三要素:力是具有大小」、「方向」和「作用點的物理量。

2.力圖:以符號表示力的圖形,包含力的大小、方向和作用點等。

3.箭號代表「」,以箭頭代表「力的方向」,以箭號的線段長短表示「力的大小」,以力圖的起始點為「力的作用點」。(如圖二)所示:

 

二、力的測量

()測量力的原理:

1.力的測量可以運用上項兩種效應其中之一進行測量,例如:彈簧秤就是運用「受力物體的形變量與外力大小成正比」的效應做成的裝置。(此即稱為虎克定律

2.彈性物體受外力時發生的形變有壓縮形變、伸長變形、扭轉形變和彎曲形變,這些形變的量與外力大小有一定關係,故可用以測量力的大小。

3.但在無重力的狀態下,彈簧秤便不能使用,故必需採用「受力物體會發生運動狀態改變」的效應測量,且物體的加速度大小與所受的合力大小成正比,此點在單元:「牛頓第二運動定律」 詳述。

()虎克定律:

1.在彈性限度內,彈簧的形變量與所受的外力成正比,稱為虎克定律。(如圖二)所示:

2.說明:

一彈簧受力10gw時,伸長量為8.0㎝;受力20gw時,伸長量為16.0㎝,外力加倍,伸長量亦加倍。

(F1F2:為前後兩次受力,L1L2為前後兩次的伸長量)

3.彈性限度:彈簧在不發生永久形變下所能承受的最大外力,稱為該彈簧的彈性限度。

4.彈性疲乏:彈簧受力未達彈性限度,但因受力時間過久,而導致發生永久形變的現象,在觀察彈簧的伸長量與外力關係時,短時間不易發生。

 

三、兩力的合成

()兩力方向相同時:

1.FF兩力同時作用於一個物體,且兩力的方向相同時,則物體所受的合力即為FF的和。

2.合力=FF即合力=80gw向右。(如圖三)

()兩力方向相反時:

1.FF兩力同時作用於一個物體,且兩力的方向相反時,則物體所受的合力即為FF的差值。

2.合力=FF即合力=20gw向左。(如圖四)

()兩力成任意夾角時:

1.若兩力作用於同一物體之力圖成任意夾角,則合力可用平行四邊形法作圖,對角線即為F1F2兩力的合力。(如圖五所示):

2.F1F2力作用同於一物體,若此兩力可任意調整角度,所形成的合力為R,則合力R的大小關係如下:

(1)F1F2夾角=0度,即兩力方向相同,則合力RF1F2

(2)F1F2夾角=180度,即兩力方向相反,則合力R=│F1F2

(3)F1F2夾角=90度,即兩力方向互相垂直,則合力R

(4)F1F2成任意夾角,則F1F2│≦RF1F2

 

四、兩力的平衡

()力平衡的條件:

1.兩力達平衡所需的條件有四點:(或稱為合力=0

大小相等、方向相反、成一直線、且作用在同一物體上符合此四項條件者,受力物體即達成靜力平衡

2.如圖六之FF的兩力稱為平衡力

 

()物體同時受多個力時:

1.若同一物體受到三個以上的力時,則可將各個分力兩兩合成一個力,最後即可求得一個合力。(如圖七)

2.若某物體同時受到ABC三個作用力,且物體達平衡狀態(合力等於零)時,則任意兩力所得的合力大小必等於第三個力。

3.例如:已知三個力分別為甲=30gw、乙=60gw、丙=50gw,同時作用於一個物體;則甲與乙的合力大小=丙(50gw),乙與丙的合力大小=甲(30gw),甲和丙的合力大小=乙(60gw)。

 

創用CC標示:
CC