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惯性力包括那些力?力的作功是怎样的?科氏力的作功又是怎样的?
小蜜蜂 2019-08-21 14:20:12

  力的作功在物理上的定义是沿着力的方向产生位移,才算是这个力作了功。因此一个经典的案例就是手提着一个包裹沿着水平路向前走,虽然会很累,但是这个提的力并没有作功。在力学上还有一个复杂和难懂的力叫做惯性力,这个力的作功也是比较的复杂的,还有科氏力的作功等,都是比较的有研究的价值和意义。这些知识小编今天就给大家来解析。

惯性力包括那些力?力的作功是怎样的?科氏力的作功又是怎样的?

  力想要作功,需要有沿着力方向的位移。但是,科氏力是惯性力,实际并不存在,它无法作功。为了弄清楚这个问题,我将从力的作功的定义和惯性力的定义出发,引出科里奥利力,和科氏力的影响,较后深入说明科氏力无法作功的力学问题,深入浅出揭开本题的答案。

  1、力的作功

  力的作功,就是力与沿着力方向的位移的乘积,数学表达式如下。功是一种能量,所以力的作功,其实是一种能量的转化。下式中,用到了数学中的点乘,这就意味着:功可正可负可为零。作正功,意味着这个力一直在把能量传递进物体;作负功,则意味着这个力一直在阻碍着这个物体。

  2、惯性力

  很多人对于惯性力这个名词不理解,甚至完全不接受。不过,你只要是正规大学的大二学生,对这个惯性力一点都不陌生,受尽了这个惯性力的虐待。要说这个惯性力,不得不提一下惯性力的背景。

  中世纪的欧洲(11-17世纪),正在进行着一场革命。文艺复兴从意大利的佛罗伦萨,很快的席卷整个欧洲。其中,出现了很多代表人物。但丁,达芬奇,伽利略,帕斯卡,波伊尔,笛卡尔。

  在文艺复兴的后半阶段,一颗苹果砸到了牛顿的头上,他在总结前人的基础上,提出了三定律,写出了《自然哲学的数学原理》。牛顿第二定律:F=ma。在这之后,沉寂了一段时间,这段时间内,静力学,动力学,运动学始终在各自发展。

  到了18世纪,有个人对着牛顿第二定律发呆,他总觉得这个公式有点不顺眼。于是,移项,变形后,他发现动力学可以从形式上与静力学类似,这个人就是达朗贝尔。他一生在很多领域进行研究,在数学、力学、天文学、哲学、音乐和社会活动方面都有很多建树。著有8卷巨著《数学手册》、力学专著《动力学》、23卷的《文集》、《百科全书》的序言。很多的研究成果记载于《宇宙体系的几个要点研究》中。达朗贝尔生前为人类的进步与文明做出了巨大的贡献,也得到了许多荣誉。但在他临终时,却因教会的阻挠没有举行形式的葬礼。达朗贝尔的身世很可怜,出生后即被遗弃在巴黎的一座教堂圣让-勒-朗(Saint Jean-le-Rond)附近,所以以教堂的名字命名。后被一位玻璃匠收养长大。

  正如前面所述,达朗贝尔对下图的质点m进行分析,其收到外力F和约束力FN作用,发生运动,产生大小为a的加速度。根据牛二定律,F+FN=ma。达朗贝尔这个人某天突然就脑洞大开,把牛二定律写成F+FN-ma=0。看起来平平无奇的一步,但是却是关键的一步。如果把-ma人为定义成FI,那么这个表达式就跟静止的时候没有区别,这个FI就是惯性力。作用在质点的主动力、约束力和虚加的惯性力在形式上组成平衡力系。

  显然,惯性力不是真是存在的,而是一种人为定义的虚拟的力,它与加速度和质量有关。达朗贝尔的这种将动力学转化为静力学的解法,奠定了分析力学的基础。

  3、科氏力

  科里奥利力简称科氏力,这个科氏力实际上并不是一种真实存在的力,而是由于坐标系的旋状产生,是一种惯性力。所以,想要知道科氏力,加速度的计算必不可少。

  我们知道,运动是相对的,在不同的参考系中,同一物体的运动轨迹会完全不一样。

  4、科氏力作功?

  根据科氏力的定义,不仅仅是地球自转造成的惯性力叫科氏力,坐标系旋转产生的惯性力都叫科氏力。由于科氏力属于惯性力,是一种人为假设出来的虚拟的力,实际的物体并没有受到这种力,所以也就不存在惯性力作功的问题。

  不过,虽然惯性力不做功,但是我们还是可以计算这个假想力做功的大小,前提是我们的坐标系取在旋转的物体上。这样,对于这个旋转坐标系上的物体,总觉得有一个侧向力,于是就可以按照功的定义,计算出这个侧向力的作功。

  实际上,我们熟知的重力,G=mg,也是一种惯性力。牛顿把它定义为引力,由于g是重力加速度,爱因斯坦把引力定义成了时空的扭曲,重力其实也不是真实的力,也属于惯性力。

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