物理基础/力与运动 - II

在上一章中，我们讨论了三种力：重量、张力和正压力。在本章中，我们将详细讨论摩擦力、阻力和向心加速度。所有这些力都可以在运动中常见，并且它们有几个现实世界的例子。例如，赛车必须经过工程设计，以最大限度地减少与赛道的摩擦，以及在比赛时最大限度地减少空气阻力。但是，汽车的轮胎必须经过设计，以便遇到一定的摩擦力。如果轮胎没有摩擦力，汽车在高速转弯时就无法减速，最终会发生撞车事故。

力的类型

在本章中，我们将重点关注另外三种力：摩擦力、阻力和圆周运动。

摩擦

摩擦力是一种始终与所有运动方向相反的力；它始终作用于与物体运动（或试图运动）方向完全相反的方向，并且通常在物体在运动时与另一个物体摩擦或拖动时产生。它被定义为 ${\vec {f}}=\mu {\vec {N}}$ 其中 $\mu$ 是摩擦系数，而 ${\vec {N}}$ 是作用在物体上的正压力。有两种类型的摩擦力，静摩擦力，也称为滑动摩擦力。静摩擦力是使物体运动所需的初始力，而动摩擦力是使物体持续运动所需的力。因此，静摩擦力总是大于或等于动摩擦力。

阻力

阻力类似于摩擦力，它始终作用于与物体运动方向相反的方向，但来自空气和水等流体，物体可能在其中运动。这种关系在以下等式中记录$D-F_{g}={\vec {F}}$, 因为表示阻力和运动的向量方向相反。由于阻力是在流体存在的情况下发生的，因此空气阻力是一种阻力。阻力与以下等式有关 $D={\frac {1}{2}}CpAv^{2}$, 其中 $C$ 是阻力系数，$A$ 是遇到阻力的有效表面积，$p$ 是流体密度，而 $v$ 是物体的速度。

圆周运动

想象一下一个人用一根绳子绕着圆圈转动一个溜溜球。溜溜球的绳子长度为 10 厘米，并且速度恒定。虽然速度恒定，但速度却不是恒定的。这是因为速度有方向，在圆周运动中，方向始终在变化。理解这一点的一个简单方法是想象一个圆圈，圆圈上有多个点。使用这些点，在圆圈上绘制切线。这些切线表示不同的速度，所有这些速度的方向都不同，即使它们的速度可能相同。请记住，速度是速度的大小或绝对值。一个通用方程给出向心加速度关于速度和半径的表达式：$a={\frac {v^{2}}{R}}$