当前位置: > 香飘十里
1kg等于多少牛顿力(中学生科普:你知道一牛顿的力有多大吗?)
2023-07-29 08:28:01
Mars
192
来源:朝橒

1kg等于多少牛顿力?这要从一个掉落的球 falling ball说起。

1kg等于多少牛

当一个球没有碰到任何东西时,不管你向下扔,向上抛,它都会下落。它的运动将遵循所有下落物体要遵守的物理定律。

Whenever a ball isn't touching anything, whether you dropped it or tossed it or kicked it, it's a falling ball, and it moves according to physics of falling objects.

正在下落的球只受一个力,它的重力。也就是说,球受到的力是地球的引力。

A falling ball is experiencing only one force, it's weight. That is, the force exerted on the ball by the Earth's gravity.

重力 weight

只受重力作用的物体,如:咖啡杯,硬币,树上掉下来的椰子。

任何时候,只受到重力的物体,就是下落的物体。Any time an object is completely on its own, except for gravity, it's a falling object.

但是纸片不像其他物体一样下落,因为它还受到第二个我们无法忽略的力,空气阻力 (air resistance),但我们暂时先忽略空气阻力。无论是篮球,网球,高尔夫球下落,我们忽略空气阻力,并且只考虑重力对它们运动的影响。

图片来自网络

当你向上抛球时,你会发现它的运动具有往返性。如果你放手一个静止的球,它会下落地越来越快,每一秒经过的距离越来越大。你也许还无法确认它真的在加速。让我们来做个实验。准备一个篮球,请爸爸在你手的正上方10 cm处放开篮球,体会一下篮球接触到你手上的力度。再请爸爸在你手的正上方80 cm处放开篮球,再体会一下力度。(为什么要爸爸参与?第一,大多数情况下爸爸身高足够满足要求。第二,一般爸爸比较容易放手。)你会强烈感受到力度的不同。为什么呢?球从高处下落到手上时,由于下落的时间变长导致速度会变快,这意味着它每秒经过的距离越来越大。这就是加速度的作用。

如果第一个实验,你不愿意尝试,毕竟球砸手上挺疼的。没关系,还有第二个实验。把球抛向空中,观察,它一开始快速上升,然后随着高度的增加变得越来越慢。在最高点,有一瞬间它是静止的。然后它开始由静止下落,速度越来越快。

当我们探索下落的球的行为时,我们会仔细观察它的重力(weight)和质量(mass)的联系。这两种完全不同的物理量之间有着非常有趣的联系。在球下落时,它们一起造成了球的运动。下落的球也完美地遵循我们前面介绍的牛顿第一定律。

问题思考:如果我竖直向上抛球,当球在我的手的上方,还没有碰到我的手时,并且在向上运动时,是否有一个向上的力作用在球上?

对于降落的球,我们有很多问题,今天来回答第一个问题。

1. 为什么一个丢出去的球向下落?Why does a dropped ball fall downward?

因为它的重力向下拉它,于是它就向下加速。it's pulled downward by its weight and it accelerates downward in response to that force.

也就是说,如果你放开手上的球,它的重力使它运动起来,于是它竖直下落。

重力与万有引力有关,而万有引力是一种物理现象,它使宇宙中每两个物体都产生吸引力。但是万有引力是非常微弱的现象,所以只有足够大的物体才会产生明显的引力影响。比如地球,地球对它附近的每一个物体,都施加一个向下的万有引力。这个万有引力向下拉球,也向下拉我们,我们给这个引力一个名称。这个球受到的来自地球的引力,被称为重力(weight)。你也受到地球给你的引力—你的重力。

理解重力的含义了吗?来测试一下。

Which force is the ball's weight?

A. The force that the ball exerts on your hand as you hold it motionless.

B. The force that your hand exerts on the ball as you hold it motionless.

C. The force that causes the ball to accelerate when it is not touching anything.

C.The ball's weight is a force exerted on the ball by the Earth's gravity. The only way to observe that force directly is to see how it affects the ball's motion. That observation is easiest done when the ball is experiencing no other forces—that is, when the ball is falling.

为了观察到球受到重力时的运动,我们在空中放开球,让它加速运动。而造成这个加速度的力,就是球的重力。此时,作用在球上的力是地球引力,而球受到重力会加速下落。重力向下作用于球,并根据牛顿第二定律,于是造成了球向下加速运动。

然而,什么决定了球受到的重力大小呢?球受到的重力与它的质量成正比。记住,球受到的重力来自地球的引力,而球的质量却不利于产生加速度。质量越大的球,要改变它的速度越困难。也没有根本原因能说明为什么重力和质量之间会有联系。但是它们确实有联系。根据前人的观察,地球表面1kg的质量大约重9.8牛顿。因此,一个物体受到的重力等于9.8牛顿/每千克乘以它的质量。1牛顿是国际单位制中力的单位,大约就是一个小苹果恰好给的力。当你把一个2两的苹果,静止地放在你的手心,苹果作用在你手上的力大约就是1牛顿。

9.8牛顿/每千克,这个比例常数,我们习惯用小写字母g来表示。它有一个神秘的名字,叫万有引力加速度。因此重力=万有引力加速度´质量。

预告下次的问题:

2. 不同的球下落时有什么不同?How differently do different balls fall?

3. 在月球上球怎么下落?How would a ball fall on the moon?

4. 一个下落的球在放开后如何移动?How does a falling ball move after it is dropped?

5. 为什么一个向上抛的球,仍然还将下落?How can a ball move upward and still be falling?

6. 球在水平方向上的运动将如何影响它的下落?How does a ball's horizontal motion, affect it's fall?

To be continued...

本文关键词: 1kg等于多少牛

相关推荐