A-level 物理 (進階物理)/力與功率

力

力是向量。在解決涉及力的問題時，最好將它們想象成許多人拉動連線到物體上的繩索。所有力都以不同的方向、不同的幅度拉動，但效果僅在一個方向上，幅度也只在一個方向上。因此，必須將力作為向量加起來。

力導致事情發生。它們使物體沿力的方向加速。換句話說，力使物體朝它們拉力的方向移動。如果物體已經在移動，那麼它們不會使物體沿力的方向移動，因為力不會產生速度：它們產生加速度。

如果一個力作用在一個物體上，似乎合乎邏輯的是，如果物體具有較低的質量，那麼它所受的力的加速度就不會那麼大。這就產生了以下方程式

$F=ma\,$ ,

其中 F = 所施加的力（以牛頓計，記為 N），m = 質量（以千克計），a = 加速度（以 ms⁻²計）。如果我們將方程重新排列，它就更有意義了

$a={\frac {F}{m}}$

換句話說，在給定方向上，由於力的作用而產生的加速度等於該方向上所施加的力除以單位質量。

你應該已經知道如何計算某些型別的能量，例如

${\mbox{Kinetic Energy }}={\frac {mv^{2}}{2}}$

${\mbox{Gravitational Potential Energy }}=mgh\,$

力轉換的能量量等於所做的功，等於（你已經知道）力乘以它作用的物體移動的距離

${\mbox{Work Done }}=\Delta E=F\Delta s\,$

在回答關於所做功的問題時，你可能會得到一個作用方向與位移方向不同的力。在這種情況下，你將不得不找到力方向上的位移，如向量部分所示。

功率是能量變化率。它是單位時間內轉換的能量量，以 Js⁻¹計

$P={\frac {\Delta E}{t}}$ ,

其中 E = 能量（以焦耳計），t = 時間（以秒計）。由於 ΔE = 所做的功，因此功率是做功的速率。由於

$\Delta E=F\Delta s\,$

${\frac {\Delta E}{t}}=F{\frac {\Delta s}{t}}$

$P=Fv\,$ ,

其中 P = 功率（以瓦特計，記為 W），F = 力，v = 速度。

重力是一個特殊情況。重力加速度記為 g，等於 9.81359ms⁻²。在地球表面附近的小距離範圍內，它是均勻的。重力等於 mg，因為 F = ma。所以

$a={\frac {F}{m}}={\frac {mg}{m}}=g$

因此，當物體被放下時，它們都以相同的加速度落下，與質量無關。此外，重力加速度（以 ms⁻²計）等於重力場強（以 Nkg⁻¹計）。

1. 我用球杆以 20N 的力擊打一張檯球桌上的 5 克球。如果摩擦力以 14.2N 的力阻擋我，球離開球杆後的合加速度是多少？

2. 一個 10 克的球從 1.2 米高的斜坡上滾下來，並以 4 ms⁻¹的速度離開斜坡。摩擦力做了多少功？

3. 一輛電力火車在一臺 30 千伏的電源上執行，電流為 100 安培。這輛火車以 90 公里/小時的速度行駛。火車在向前方向上受到的合力是多少？