物理基礎/力與運動 - II

在上一章中，我們討論了三種力：重量、張力和正壓力。在本章中，我們將詳細討論摩擦力、阻力和向心加速度。所有這些力都可以在運動中常見，並且它們有幾個現實世界的例子。例如，賽車必須經過工程設計，以最大限度地減少與賽道的摩擦，以及在比賽時最大限度地減少空氣阻力。但是，汽車的輪胎必須經過設計，以便遇到一定的摩擦力。如果輪胎沒有摩擦力，汽車在高速轉彎時就無法減速，最終會發生撞車事故。

力的型別

在本章中，我們將重點關注另外三種力：摩擦力、阻力和圓周運動。

摩擦

摩擦力是一種始終與所有運動方向相反的力；它始終作用於與物體運動（或試圖運動）方向完全相反的方向，並且通常在物體在運動時與另一個物體摩擦或拖動時產生。它被定義為 ${\vec {f}}=\mu {\vec {N}}$ 其中 $\mu$ 是摩擦係數，而 ${\vec {N}}$ 是作用在物體上的正壓力。有兩種型別的摩擦力，靜摩擦力，也稱為滑動摩擦力。靜摩擦力是使物體運動所需的初始力，而動摩擦力是使物體持續運動所需的力。因此，靜摩擦力總是大於或等於動摩擦力。

阻力

阻力類似於摩擦力，它始終作用於與物體運動方向相反的方向，但來自空氣和水等流體，物體可能在其中運動。這種關係在以下等式中記錄$D-F_{g}={\vec {F}}$, 因為表示阻力和運動的向量方向相反。由於阻力是在流體存在的情況下發生的，因此空氣阻力是一種阻力。阻力與以下等式有關 $D={\frac {1}{2}}CpAv^{2}$, 其中 $C$ 是阻力系數，$A$ 是遇到阻力的有效表面積，$p$ 是流體密度，而 $v$ 是物體的速度。

圓周運動

想象一下一個人用一根繩子繞著圓圈轉動一個溜溜球。溜溜球的繩子長度為 10 釐米，並且速度恆定。雖然速度恆定，但速度卻不是恆定的。這是因為速度有方向，在圓周運動中，方向始終在變化。理解這一點的一個簡單方法是想象一個圓圈，圓圈上有多個點。使用這些點，在圓圈上繪製切線。這些切線表示不同的速度，所有這些速度的方向都不同，即使它們的速度可能相同。請記住，速度是速度的大小或絕對值。一個通用方程給出向心加速度關於速度和半徑的表示式：$a={\frac {v^{2}}{R}}$