La relación entre movimiento y fuerza
La primera ley de Newton, la ley de inercia, establece que “el estado de reposo o movimiento lineal uniforme permanece inalterado”, lo cual es una propiedad inherente de el objeto mismo Eso es inercia. Es decir, el movimiento no requiere fuerza para mantenerse. La fuerza es la razón para cambiar el estado de movimiento de un objeto.
Entonces, ¿cómo entender mejor la relación entre movimiento y fuerza? Un resumen simple es: 1. Si la fuerza externa neta sobre un objeto es cero, entonces el objeto permanece estacionario o mantiene un movimiento lineal uniforme. Esto es lo que llamamos un estado de equilibrio. Por el contrario, si un objeto está en equilibrio, la fuerza resultante de las fuerzas externas sobre él debe ser cero. 2. Si la fuerza externa neta sobre el objeto no es cero, entonces el objeto se moverá a una velocidad variable, es decir, la magnitud o dirección de la velocidad del objeto cambiará. Es cierto que si un objeto se mueve a velocidad variable, la fuerza resultante de las fuerzas externas que experimenta no debe ser cero.
Hay varias preguntas que los estudiantes a menudo no pueden resolver. Por ejemplo, "Si un objeto no está sujeto a una fuerza externa o la fuerza externa combinada es cero, mantendrá una velocidad constante o un estado estático. Esto se puede entender. ¿Cómo puede moverse un objeto cuando originalmente está estacionario?" originalmente es estacionario, si no está sujeto a una fuerza externa, continuará en reposo, debe estar sujeto a una determinada fuerza antes de que cambie de reposo a movimiento y en el proceso que ahora estamos estudiando, no lo hace; Ya no recibe ninguna fuerza, pero mantiene esta velocidad y avanza en línea recta a una velocidad constante.
Por ejemplo, cuando un cohete espacial lanza llamas hacia atrás, recibe una fuerza de reacción y su velocidad continúa aumentando. Este es un proceso en el que el estado de movimiento cambia de estático a movimiento bajo fuerza, y la velocidad. cambia de pequeño a grande. En el último momento, cuando se rocía el gas de pólvora y su velocidad alcanza los 7,9 kilómetros por segundo, ya no recibe fuerza; su velocidad ya no cambiará y seguirá avanzando a esta velocidad para siempre. Por supuesto, de hecho, en las condiciones de esta velocidad y altura en este momento, todavía se ve afectada por la gravedad de la tierra, y la dirección de esta fuerza es perpendicular a su dirección de movimiento, lo que hace que su dirección de movimiento cambie. cambian continuamente. De manera similar, debido a que la fuerza es perpendicular a la dirección del movimiento, no afectará la velocidad de su movimiento. Entonces, en general, se moverá con un movimiento circular uniforme.
Otra pregunta es, cuando un objeto en movimiento recibe una fuerza distinta de cero, ¿cómo cambia su estado de movimiento? Es difícil de describir en una palabra. Esto se puede discutir en varias situaciones. 1. Si la fuerza ejercida es perpendicular a la dirección del movimiento, como el cohete y el satélite que acabamos de mencionar, el satélite mantendrá la velocidad de movimiento original y realizará un movimiento circular uniforme. 2. Si la fuerza y la dirección del movimiento son consistentes, entonces el movimiento será cada vez más rápido, es decir, se acelerará. Por ejemplo, si el conductor continúa acelerando después de arrancar el automóvil, la fuerza de tracción será consistente con la dirección del movimiento y acelerará. Por el contrario, cuando el conductor de un automóvil en movimiento presiona los frenos, el automóvil aún necesita avanzar una cierta distancia. En este momento, no hay fuerza de tracción, solo fuerza de fricción, es decir, la dirección de la fuerza es opuesta a la dirección del movimiento. En este momento, el objeto desacelera. ¿Por qué la fuerza está dirigida hacia atrás en este momento pero el automóvil sigue avanzando? Debido a que el automóvil tiene inercia, debe mantener su estado de movimiento original, pero solo debido a la fuerza que recibe, su estado de movimiento cambia, su movimiento se desacelera y finalmente se detiene. Se puede ver que la fuerza no es la causa del movimiento de un objeto, sino sólo la causa del cambio en el estado de movimiento del objeto. Algunos estudiantes no pudieron entenderlo: si no pateas una pelota, no se moverá. ¿No es la fuerza lo que la hace moverse? Esto es correcto, pero ilustra dos puntos: (1) la fuerza de patear la pelota hace que la pelota se mueva (2) la fuerza cambia el estado de movimiento de la pelota; Sin embargo, si una pelota sobrevuela, durante el periodo y distancia que la observamos, se ha estado moviendo desde el principio, no se puede decir que sólo se mueve cuando recibe una fuerza, y se detiene lentamente debido a la resistencia del suelo y. aire. Todavía muestra que la fuerza es la causa del cambio del estado de movimiento de un objeto. La razón por la que los estudiantes tienen malentendidos es que las cosas que nos rodean están en realidad estacionarias en relación con el suelo. De hecho, muchos objetos del universo están originalmente en movimiento, y el movimiento y el reposo son inherentemente relativos. Además, nuestras conclusiones y principios son relativos a un cierto período de tiempo durante el cual se realizó la investigación. Por lo tanto, el juicio de que la fuerza es la causa del cambio del estado de movimiento de un objeto llega a la esencia del problema.
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