第九课科学

牛顿第二运动定律

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牛顿第二运动定律指出,动量的变化率与在力的方向上施加的力成正比。



例如;当对移动的车辆施加加速度时,车辆的动量会增加,而且增加的方向是在运动的方向上,因为力是在运动的方向上施加的。另一方面,当对移动的车辆施加制动时,车辆的动量减小,并且由于力是在相反的运动方向上施加的,因此减少的动量是在相反的运动方向上。

牛顿第二运动定律的数学公式:

设运动物体的质量= m。

设物体的速度从" u' ';v在时间区间t中

这意味着,
物体的初速度= u。
物体的最终速度= ' v '。
我们知道动量(p) =质量x速度

因此,
物体初速度' u = m xx u = m\u '时的动量(p)
物体在最终速度' v = m xx v = mv '时的动量(p)
动量变化' = mv - m\u '
动量变化率' =(mv-m\u)/t ' -----(i)



根据牛顿第二运动定律,力与动量的变化率成正比。

这意味着,力∝动量变化率

将式(i)中动量变化率的值代入,得到。

力(F)“道具”(mv-m \ u) / t
' =>F prop (m(v-u))/t '
F prop m(v-u)/t '
' =>F道具m a '
[∵加速度(' a ') ' =(v-u)/t ']
[因为,加速度是速度变化率]
' = > F = k * m * ' - (2)

k是比例常数

∵1单位力,∵质量为1kg的物体产生1m/s的加速度2
∴1单位力' =kxx1 kg xx 1m//s^2 '
∴,将“k=1”的值代入式(ii)
' F = m*a ' ----(iii)

⇒作用力=质量x加速度

因此,牛顿第二运动定律给出了一个物体的力、质量和加速度之间的关系。

根据上面得到的关系式,牛顿第二定律可以修改为:

质量和加速度的乘积是作用在物体上的力。



力的国际单位:牛顿(N)

因为力=质量x加速度

质量单位为kg,加速度单位为m/s2

如果力、质量和加速度为一个单位。

因此,

1牛顿(N) = 1kg × 1m/s2

因此,牛顿(N) = kg m/s2

式(v)也可以写成

“= > = F / m”

这个方程是牛顿第二运动定律的形式。根据这个方程,牛顿第二运动定律也可以表述为:

运动物体产生的加速度与施加在其上的力成正比,与物体的质量成反比。

从上面的关系可以清楚地看出

加速度随着力的增加而增加,反之亦然。

加速度随质量的增加而减小,反之亦然。

这就是为什么小型车辆需要更少的力来获得更大的加速度,而重型车辆需要更大的力来获得相同的加速度。

牛顿第二定律在日常生活中的应用:

  1. 守场手向后缩回;在接以极快速度飞来的板球时,要用一点延迟来减少球的动量。根据牛顿第二运动定律;动量的变化率与在这个方向上施加的力成正比。在接球过程中,当板球进入接球手手中时,球的动量减少为零。如果球突然停止,它的动量将立即减少为零。动量的变化速度非常快,因此,玩家的手可能会受伤。因此,通过向后拉手,外野手有更多的时间使动量的变化变为零。这可以防止野手的手受伤。
  2. 对于跳远和跳高运动员,提供沙床或软垫床,使运动员因跳跃而延迟动量变化为零。当运动员在完成跳高或跳远后摔倒在地上时,由于运动员的速度和质量而产生的动量减少为零。如果一个运动员的动量会瞬间减少到零,由于动量产生的力可能会伤害到运动员。通过提供一个缓冲床,运动员的动量减少到零被延迟。这可以防止运动员受伤。
  3. 汽车上的安全带——汽车上的安全带可以防止乘客被甩向运动方向。在紧急情况下,如发生意外或突然刹车,乘客可能被抛向车辆的运动方向,并可能受到致命伤害。可伸缩的安全带增加了速度的动量减少到零的时间。延迟将动量减少到零可以防止乘客受到这种致命伤害。


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