实用物理辞典

一、力学

1、牛顿力学(也叫经典力学)

它以质点为对象,考虑各个质点所受的力,然后来推断整个质点系统的运动。牛顿力学认为质量和能量各自独立存在,且各自守恒。牛顿力学较多采用直观的几何方法。

2、理论力学

它一般应用微积分、微分方程、矢量分析等数学工具对牛顿力学作深入的阐述并对分析力学作系统的介绍。

【力】
物体之间的相互作用称为“力”。当物体受其他物体的作用后,能使物体获得加速度(速度或动量发生变化)或者发生形变的都称为“力”。

所谓形变是指物体的形状和体积的变化。所谓运动状态的变化指的是物体的速度变化,包括速度大小或方向的变化,即产生加速度。

物体的运动状态的变化量或物体形态的变化量,取决于力对时间和空间的累积效应。根据力的定义,对任何一个物体,力与它产生的加速度方向相同,它的大小与物体所产生的加速度成正比。且两力作用于同一物体所产生的加速度,是该两力分别作用于该物体所产生的加速度的矢量和。

力是一个矢量,力的大小、方向和作用点是表示力作用效果的重要特征,称它为力的三要素。力的合成与分解遵守平行四边形法则。

力的种类很多。根据力的效果来分的有压力、张力、支持力、浮力、表面张力、斥力、引力、阻力、动力、向心力等等。根据力的性质来分的有重力、弹力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力、核力等等。在中学阶段,一般分为场力(包括重力、电场力、磁场力等),弹力(压力、张力、拉力等),摩擦力(静摩擦力、滑动摩擦力等)。

【物理变化】
指物质的状态虽然发生了变化,但一般说来物质本身的组成成分却没有改变。例如:位置、体积、形状、温度、压强的变化,以及气态、液态、固态间相互转化等。还有物质与电磁场的相互作用,光与物质的相互作用,以及微观粒子(电子、原子核、基本粒子等)间的相互作用与转化,都是物理变化。

【物质】
物质为构成宇宙间一切物体的实物和场。实体物质和场物质它们有其特性,那就是客观存在,并能够被观测,以及都具有质量和能量。

【物体】
由物质构成的,占有一定空间的个体都称为物体。通过人类感觉器官可感觉到它存在的客观现实。

【张力】
被拉伸的弦、绳等柔性物体对拉伸它的其他物体的作用力或被拉伸的柔性物体内部各部分之间的相互作用力。例如,某绳 AB 可以看成是 A C 和 C B两段组成,其中 C 为绳 A B 中的任一横截面,AC 段和 CB 段的相互作用力就是张力。在绳的截面上单位面积所受的张力称为张应力。

【重力】
地球对物体的引力称为“重力”。关于重力有各种不同的解释,如,一个物体在宇宙中受到其他物体万有引力作用的总合;重力即地球对物体的吸引力;重力是由于地球的吸引而使物体受到的力;宇宙中的每个质点与其它质点之间,都存在着一种引力性的相互作用,与两质点质量的乘积成正比,与其间距离的平方成反比,这种相互作用称为“重力”。

上述几种讲法虽略有区别,但强调了它们的本质是引力。因为处于引力场的物体都受到重力,重力的本质是引力相互作用。地面附近的物体,由于其它天体距离它很远,地球上其它物体对它的万有引力很小,所以该物体的重力是指地球对它的万有引力,其方向指向地心。离地面愈远,重力愈小。同一物体在地球上不同地点重力也稍有不同,从赤道到两极重力是逐渐增加的,因为地球是一个扁球体,其赤道处半径大于两极半径。地球上的物体随地球的自转而作匀速圆周运动,作匀速圆周运动的物体所需的向心力,来源于地球对物体的引力。向心力与重力同为引力的分力。由于地球上各地的地形与地质构造不同,物体在地球上不同的地点引力将有所变化,而物体的重力也随之而变化。利用这种重力的变化可以探矿(可探测煤、铁、铜矿及石油的蕴藏量等)。

【重量】
在地球表面附近,物体所受重力的大小,称为“重量”。地球表面上的物体,除受地球对它的重力作用外,由于地球的自转,还将受到惯性离心力的作用,这两个力的合力的大小称为该物体的重量。习惯上人们认为:物体所受到的重力就是它本身的重量。对重量的解释有许多说法,例如,重量就是重力;物体的重量就是地球对该物体的万有引力;重量即物体所受重力的大小;重量是物体静止时,拉紧竖直悬绳的力或压在水平支持物上的力。

上述几种讲法,有的强调重量即重力,是矢量,它们的本质是引力。有的强调重力不是矢量,重量是重力的大小,是标量。还有的是以测量法则作为重量的定义。这些不同的定义只是解释的不同而已,谈不到对与错。质量为 1 千克的物体,在纬度 45°的海平面上所受的重力即重量称为1 千克力。不同的物体重量不同,同一物体在地球上的位置不同,它的重量也有差异。1 千克的物体,在赤道上称得重量是 0.0973 千克力,而在北极称之则是 1.0026 千克力。同一物体所处位置不同,其质量不变,而重量则愈近两极和愈近地面则愈大。

【重心】
物体各部分所受重力的合力的作用点。在物体内各部分所受重力可看作是一组平行力,不管该物体在重力场中如何放置,这些平行力的合力永远通过物体上的某一固定点,该点就是物体的“重心”。均匀物体的重心,只跟物体的形状有关。有规则形状的均匀物体,它的重心就在几何中心上。

例如,均匀真棒的重心在棒之中央;均匀球体的重心在球心,三角板的重心在三角形三条中线的交点;正方形的重心在两对角线的交点;立方体的重心在中心。不均匀物体的重心的位置,除跟物体的形状有关外,还跟物体内部质量的分布有关。例如,载货汽车的重心随载货的多少,以装车的位置而不同;起重机的重心是随着提升物体的重量和高度而变化。

对一般物体求重心可用悬线法。

【质量】
物理学中基本概念之一,在牛顿定律中质量的概念是作为物体的惯性的量度而提出的。在牛顿第二定律中,关于“质量”的阐述是:若作用力不变,那么物体获得的加速度与它的质量成反比。

物体都是引力场的源泉,都能产生引力场,也都受引力场的作用。通过万有引力定律将物体的这一属性表现出来:

其中 m1和 m2代表两个物体各自产生引力场和受引力场作用的本领,也叫做两物体各自的“引力质量”。物体A和B的引力质量mA 和mB 之比,等于万有引力 FA和 FB之比。这就是用天平来测物体质量的办法。所以说,天平测的是引力质量的大小。

同种物质质量的大小和该物质的多少成正比,有时亦可将质量定义为:物体所含物质的多少。

后来质量的值一般用物体所受外力和由此得到的加速度之比来表示。在同样外力作里下,惯性较大的物体得到的加速度较小,也就是它的质量较大。当物体作高速(即其速度ν接近光在真空中
的速度c)运动时,物体的质量m与其速度u有关,其关系为

式中 m0为物体在静止状态(速度u=0)时的质量,称为“静止质量”。根据这一关系式,质量随速度的增大而增加,但只有u接近光速 c 时才显著,通常u比 c 小得多,m 和 m0相差很微小,故质量可看做是一个不变的恒量。

由于惯性质量同它的引力质量在数值上相等,故在物理学中,惯性质量和引力质量统称为质量。

(编者评:质量与速度有关,会发生变化。这就说明,把质量看成物质的多少不准确的。也就是说质量只是一种类似颜色一样的属性,是可以改变的,而不是实物。)

【质量和重量】
质量和重量是完全不同的两个物理量,绝不能混淆,现比较如下:
1.定义不同。质量是物体惯性的量度,它是任何物体都固有的一种属性。重量则反映了物体所受重力的大小,它是受地球的吸引而引起的。
2.质量是标量。重量是矢量。
3.牛顿力学中的质量是一个恒量,重量则随物体所处的纬度和高度的不同而变化。物体无论是否受到重力的作用,它总是具有质量的。例如,宇宙飞船远离地球,摆脱了地球的引力,就无所谓重量了,但物体的质量仍然存在。当关掉发动机之后。宇宙飞船,仍能凭借惯性继续飞行,这说明物体的质量仍在起作用。
4.质量用天平测定。重量则用弹簧秤测之。

【密度】
某种物质的质量和其体积的比值,即单位体积的某种物质的质量,叫作这种物质的“密度”。其数学表达式为ρ=m/V ,在国际单位制中,质量的主单位是千克,体积的主单位是立方米,于是取 1 立方米物质的质量作为物质的密度。对于非均匀物质则称为“平均密度”。
密度在生产技术上的应用,可从以下几个方面反映出来:
1.可鉴别组成物体的材料。
2.可计算物体中所含各种物质的成分。
3.可计算某些很难称量的物体的质量。
4.可计算形状比较复杂的物体的体积。
5.可判定物体是实心还是空心。
6.可计算液体内部压强以及浮力等。
综上所述,可见密度在科学研究和生产生活中有着广泛的应用。对于鉴别未知物质,密度是一个重要的依据。“氩”就是通过计算未知气体的密度发现的。

在农业上可用来判断土壤的肥力,含腐殖质多的土壤肥沃,其密度一般为 2.3×103千克/米 3。

在选种时可根据种子在水中的沉、浮情况进行选种。

在工业生产上,工厂在铸造金属物之前,需估计熔化多少金属,可根据模子的容积和金属的密度算出需要的金属量。

 

 

 

 


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