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游戏开发指南/理论/物理运动/力

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理解艾萨克·牛顿爵士

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牛顿以苹果闻名。苹果砸到他的头,使他领悟了重力的“顿悟”时刻。他是剑桥大学的卢卡斯数学教授。全世界公认这是最高、最负盛名的学术职位之一。牛顿为我们理解基本运动、力做出了贡献,同时也为光学做出了贡献。他与戈特弗里德·莱布尼茨共同发明了微积分。

牛顿运动定律

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牛顿第一定律

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牛顿第一定律 - 一个封闭系统中的物体将保持恒定的速度或静止状态,除非受到力的作用。

上述定义的意思是,如果一个物体被孤立,没有外力作用于它(这就是封闭系统的部分),那么它将保持原样。只有在施加力时,它才会改变速度。

牛顿第二定律

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这可能是非物理学家和非数学家最熟悉的定律。

然而,严格地说,上述方程是第二定律的一个分支。

牛顿第二定律 - 物体的合力与其动量的变化率成正比。

这意味着什么?您需要一些微积分基础知识,并且需要了解 *suvat*。动量的变化率基本上意味着动量对时间的微分。当它说“合力”时,它指的是一个系统的总力。如果一辆汽车拖着一个拖车,那么总力是根据这个定律计算的。以下推导遵循了如何得到著名的 的步骤。

 Momentum is given by . 












Provided that the object accelerates uniformly, this equation works.

牛顿第三定律

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牛顿第三定律 - 力的作用是相互的,作用力与反作用力大小相等,方向相反。

这是该定律的通俗说法。该定律指的是物理学中的力,而不是化学中的作用和反作用。该定律导致了“正压力”或“反作用力”。这些力与初始力方向相反。

如果物体 A 对物体 B 施加力,则物体 B 将对物体 A 施加大小相等、方向相反的力。

那么这意味着什么呢?想象一下,“物体 A”是放在桌子上的杯子,桌子是“物体 B”。当你看着杯子时,它只是放在桌子上。我们知道杯子由于重力而受到向下的力的作用,那么为什么它没有掉穿桌子呢?答案是桌子正在施加一个与杯子重量相等但方向相反的力。这个相反的力是原子中电子之间的静电斥力,但我们不会详细研究粒子物理学。你需要知道的只是

  • 杯子有一个向下的重力作用。
  • 桌子对杯子的重量有一个反作用力,这个力与杯子的重量方向相反。

牛顿定律在实践中

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力的分解

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平衡 - 当所有力相互抵消,从而达到平衡时。

平衡的一个例子是,当左边有两个力(10N 和 20N),右边有一个力(30N)时。10N + 20N = 30N。

力的分解 - 这是指你有一个以一定角度作用的力,并且你将力分解成不同的分量(例如,将它分解成一个 x 方向的力,并分解成一个 y 方向的力)。


二维和三维空间中力的分解示例

要找到物体的重量/向下力,你需要使用

如果物体静止在一个表面上,那么就有一个向上的力,称为正压力,这个力等于重量。

一个表面有一个摩擦系数(),它将大于或等于 0(实际上,一个表面不会完全是 0,但在模拟中,如果它足够接近/如果应该忽略摩擦,则可以将其设为 0)。阻力由下式计算

图像上半部分:W = mg = R 图像下半部分:在斜坡上分解重量。
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