第二章運動和力
——什么是機械運動？力與運動有什么關(guān)系？摩擦力有什么作用？
上一章，我們說了說力。這一回啊，咱們得動起來了。來說一說運動和力的事兒。
運動有很多種形式，咱們今天要說的是最基本的一種，叫機械運動。我們把物體位置隨時間的變化叫做機械運動。我們打個比方，來看這樣一個熟悉的場景吧。早晨，太陽當(dāng)頭照，小鳥對你笑，小鳥說早早早，你背上書包要到哪兒去呀？你哭喪著臉說：哎呀我要上學(xué)校?？粗氵h(yuǎn)去的背影，小鳥自言自語地說，瞧瞧，這就是機械運動。因為你的位置在隨時間變化，雖然不一定很情愿。
在研究機械運動的時候，我們要先選取某一物體作為標(biāo)準(zhǔn)，看看被研究的物體的位置相對于這個標(biāo)準(zhǔn)有沒有發(fā)生改變。這個作為標(biāo)準(zhǔn)的物體叫做參照物。我們剛才描述的這個場景中，相對于你的家，你的位置發(fā)生了改變，所以呢，以你的家為參照物的話，你就是運動著的。如果把你背著的書包作為參照物呢？那你就是靜止的。因為書包一直在你背上，你到哪兒，書包也到了哪兒。發(fā)現(xiàn)沒有？運動和靜止是相對的。咱們說一個物體是運動的還是靜止的，和我們選擇什么物體作為參照物有關(guān)系。當(dāng)然啦，在一般情況下，只要沒有特別說明，那大地就是參照物。也就是說，我們討論一個物體是靜止的還是運動著的，都是看它相對于大地來說的。
既然說機械運動是物體位置的改變，那位置是怎么變的？就拿我們剛才說的出門上學(xué)這事兒來說，你是直著走到學(xué)校，還是繞來繞去？這里就有一個運動的路線問題了。我們把經(jīng)過的路線是直線的機械運動叫做直線運動。那相對應(yīng)的，經(jīng)過的路線是曲線的呢，就是曲線運動啦。我們舉個很直觀的例子吧。體育場的跑道大家都見過吧。中間兩段是直線的，兩邊各有一段跑道是半圓的。在中間直線那段跑道上跑過去，這個過程就是直線運動。跑過彎道那一段呢，就是曲線運動。在初中這個階段啊，我們要學(xué)的都是直線運動。
在研究運動的時候，有三個基本的物理量，它們就是路程、時間和速度。在一段時間內(nèi)，運動物體經(jīng)過的路線的長度，叫做它在這段時間內(nèi)通過的路程。時間呢，當(dāng)然就是運動從開始到結(jié)束所經(jīng)過的時間。速度呢，就是在單位時間內(nèi)通過的路程，也就是路程與運動的時間之比。速度是用來衡量運動快慢的物理量。我們把物體沿著直線且速度不變的運動叫做勻速直線運動。勻速直線運動是最簡單的機械運動，是研究其他復(fù)雜運動的基礎(chǔ)。
好啦，咱們喝口水休息一下吧，待會兒啊，牛頓這個小伙子又要出場啦。
在很久很久以前，久到亞里士多德那個年代。他認(rèn)為，要有力作用在物體上，物體才能運動下去。人們覺得生活中確實是這么回事兒，對此深信不疑。后來出現(xiàn)了伽利略這位大牛。他通過實驗和推理發(fā)現(xiàn)，如果平面上沒有摩擦力，那運動物體就會一直運動下去。后來笛卡爾又補充了一點，那就是如果沒有外力作用，物體會一直沿著直線運動。再往后，牛頓終于總結(jié)出來下面這條規(guī)律：一切物體在沒有受到力的作用的時候，總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。這就是著名的牛頓第一運動定律。物體保持原來運動狀態(tài)不變的性質(zhì)叫做慣性。所以，牛頓第一定律也常常被稱為慣性定律。比方說，急剎車的時候，車并不能馬上就停下來。還要再往前出溜一小段。這就是慣性的體現(xiàn)。車最終能停下來，是靠著地面對車輪的摩擦力。說到這兒，咱們能得出一個結(jié)論：力是改變物體運動狀態(tài)的原因?？偨Y(jié)起來就是，力的作用不是使物體運動，而是使物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變。
這時候有人要問了，你說力能使物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變?？墒悄憧次易雷由系乃?，它肯定受到了重力吧，那它怎么就可以一直安安靜靜地待在那兒呢？別忘了，水杯不只是受到了重力，它還受到了桌子表面的支持力呢。這兩個力的大小相等，方向相反，都作用在水杯上，而且還作用在同一直線上。作用在同一個物體上的兩個力，如果大小相等，方向相反，并且在同一條直線上，這兩個力就彼此平衡。還記得我們前面說過作用力和反作用力吧？作用力和反作用力也是大小相等方向相反，作用在同一直線上。但是，它們不是作用在同一個物體上，而平衡的力是作用在同一個物體上的。所以啊，牛頓第一定律可以說的更嚴(yán)謹(jǐn)一點，物體在平衡的力的作用下，保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)實生活中，沒有不受任何外力的情況，但是有可能這個物體受到的外力是平衡的。
剛才咱們說到了摩擦力，現(xiàn)在就來詳細(xì)說說。先說摩擦。一個物體在另一個物體表面滑動時產(chǎn)生的摩擦叫做滑動摩擦。在滑動摩擦中阻礙物體相對運動的力叫做摩擦力。比方說，把手機平放在桌子上，推一下再松手，手機會滑出去一段兒，然后停下來。說明它受到了力，這個力在阻礙手機的運動。記住，滑動的時候，摩擦力的方向永遠(yuǎn)是和運動方向相反的。一個物體在另一個物體的表面滾動也會產(chǎn)生摩擦，叫滾動摩擦。那，摩擦力的大小跟什么有關(guān)系呢？首先是物體表面的粗糙程度。表面越粗糙，摩擦力越大。另外，物體表面的壓力越大，這摩擦力也越大。你試試用手搓桌子，把手輕輕放在桌子上搓，和使勁兒壓著桌子搓，看看是不是越用勁兒壓桌子摩擦力越大。還有就是，在滾動的時候摩擦力會遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于滑動的時候。
物體在靜止的時候會不會受到摩擦力？也會。既然它是靜止的，說明它受到的力是平衡的。這就簡單啦。先找到那個按理說會讓它動起來的力，靜摩擦力的大小和這個力相等，方向相反。比如說，用手指頭捏住手機，讓手機豎著懸空，手機沒掉下去吧？這是因為手指對手機的摩擦力平衡了手機自身受到的重力。重力是豎直向下的，那摩擦力自然就是豎直向上的了。
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