相互作用的力

俗话说:“一个巴掌拍不响.”在联欢会上,当我们欣赏到精彩节目时,高兴得热烈鼓掌,把两只手都拍痛了.如果左手不动,用右手使劲去拍左手,那么是不是只有左手痛呢?试验一下,感觉两手一样痛,这是什么道理呢?

一、知识要点

1.关于力的基本概念

力是物体间的相互作用.力的作用效果:一是可以使物体发生形变;二是可以改变物体的运动状态.

力的概念是从大量与力有关的自然、生活、生产现象中归纳、概括出来的.物理学中通常将物体之间的推、拉、提、压、排斥、吸引等都叫做作用.这里所说的作用指的就是力.

观察和实验表明,两个物体间的作用总是相互的,一个物体对另一个物体有力的作用,另一个物体一定同时对这个物体有力的作用,物体间相互作用的这一对力,常常叫作用力和反作用力.把相互作用的两个力分成作用力和反作用力并不是绝对的,我们可以把其中一个力叫作用力,另一个力就叫反作用力.

例如,人走路时用脚蹬地,脚对地面施加一个作用力,地面同时给脚一个反作用力,使人前进.轮船的螺旋桨旋转时,用力向后推水,水同时给螺旋桨一个反作用力,推动轮船前进.汽车的发动机驱动后轮转动,由于轮胎和地面间有摩擦,车轮向后推地面,地面给车轮一个向前的反作用力,使汽车前进,汽车的牵引力就是这样产生的.如果后轮架空,不接触地面,汽车就不能前进.

物体间发生相互作用不一定要直接接触,即不接触的物体间也可以有力的作用.反过来接触的物体之间却不一定就产生力的作用.例如:空中飞行的飞机,即使不与地球接触,同样会受到重力的作用.但是一足球自由静止在墙角,由于和墙壁间没有挤压,就没有力的作用.

二、实验探究力的作用是相互的

探究一:铁块对磁铁有力的作用

器材:一块磁铁、与磁铁外形相同的长方体铁块、两辆小车

实验1:将磁铁放在小车上,手拿铁块慢慢靠近,当达到一定距离时,载着磁铁的小车运动起来.如慢慢移开铁块,载着磁铁的小车还会随着铁块一起运动.

实验2:如图1,将磁铁和铁块分别放在两辆小车上,让它们慢慢靠近,靠近到一定距离时,两辆车会自动地一起运动起来,最后靠在一起.

载着磁铁静止不动的小车,当铁块靠近它时,就会运动起来,说明磁铁受到了铁块对它的作用力.而磁铁对铁块的作用力是大家都知道的.

探究二:如图2,穿着旱冰鞋的两名同学面对面站在一起.甲用力推乙时,甲乙两同学同时向后运动.甲用力推乙时,给乙一个作用力,同时甲也向后运动,说明甲也受到了乙对他的作用力.

探究三:用手提起装满水的水桶,手对水桶有向上的作用力,同时人会感觉到手被向下拉,说明手对桶有向上的作用力的同时,桶对手也有向下的作用力.

总结以上实验,得到结论:一个物体对别的物体施力时,也同时受到后者对它的作用力.物体间力的作用是相互的.

三、力的相互作用在生产生活中的应用

一个扎紧的充满空气的气球一旦松开,空气就从气球内往外喷,气球便沿着与喷气相反的方向急速飞走,这叫反冲运动,这与放焰火是相同的原理.

应用喷气反作用最早的著名例子是公元前120年作为一种玩具生产的赫罗发动机.这种玩具发动机是利用从喷嘴中喷出的水蒸气,能把大小相等方向相反的反作用力传给喷嘴本身,从而引起发动机旋转.类似的旋转式花园喷灌器借助作用于喷水嘴的反作用力旋转.现代灭火设备的高压喷头由于水喷流的反作用力,消防员经常握不住或控制不了水管.

我国宋朝发明的带火药的火箭,就是运用这种原理.火箭上有个纸筒,里面装满火药.火药燃烧的时候,产生一股强烈的气流从尾部喷射出去,利用喷射气流的反作用力,火箭就能飞快地前进.但是,人们真正地认识这个原理,还是20世纪初的事.俄国的科学家齐奥尔科夫斯基1903年出版的《利用喷气工具研究宇宙空间》一书,阐明了火箭飞行理论,论述了将火箭用于星际交通的可能性,提出了液体燃料火箭的思想和原理图.火箭发动机点火以后,推进剂在发动机的燃烧室里燃烧,产生大量高压燃气.高压燃气从发动机喷管高速喷出,产生对燃烧室的反作用力,就使火箭沿燃气喷射的反方向前进.

水火箭和火箭最大的不同,在于其推进媒介由高温空气变成水而已.在发射水火箭前会灌入空气达一定压力,故在喷嘴被打开时,空气自然向喷嘴流去,但由于水挡在前方,故水会被空气推出火箭,而水火箭也借此获得向前的速度.

喷气式飞机向后高速喷出燃气,给燃气一个向后的力,燃气会给飞机一个向前的力,推动飞机向前运动.

古代中国的水排、“走马灯”和古代罗马的水轮机等,都包含着类似的原理.

四、例题解析

例1一天,发生了两车相撞的交通事故.―个交警前来处理,说:“我一定要找出是哪辆车先撞上另一辆车的.”请你从物理学的角度分析,这个交警能否找出那辆车?答:,这是因为物体间的相互作用总是 发生的.

以卵击石,石头没有损伤而鸡蛋破了.这一现象中,石头对鸡蛋的作用力(选填“大于”“等于”或“小于”)鸡蛋对石头的作用力.

解析根据牛顿第三定律,物体间相互作用力是大小相等、方向相反、作用在两个物体上的.物体间力的作用是相互的,同时出现,同时消失,故此交警是找不出哪辆车先撞上另一辆车的.以卵击石时,石头对鸡蛋的作用力等于鸡蛋对石头的作用力.石头之所以没有损伤而鸡蛋破了,是由于石头抗压能力强的缘故.

例2“嫦娥一号”是我国成功发射的第一个自主研制的月球探测器.“嫦娥一号”的发射过程包括火箭发射、入轨、变轨、奔月、绕月等过程.“嫦娥一号”实现变轨(改变运行高度、运行方向)需要加速.“嫦娥一号”收到地面工作人员发出的指令,发动机点火工作,喷射高温燃气实现加速.此时,“嫦娥一号”获得的作用力方向与其运动方向 (选填“相同”或“相反”).

“嫦娥一号”探月卫星在距月球表面200km高度经过多次“刹车制动”,最终绕月球做匀速圆周运动.卫星“刹车制动”时,沿运动方向喷射高温气体,高温气体对卫星施加制动力,这实际上是运用了物理学中的原理.在绕月飞行的过程中,若以地球为参照物,“嫦娥一号”卫星是(选填“静止”或“运动”)的.在绕月球做匀速圆周运动时,卫星的运动状态(选填“改变”或“不变”).卫星通过(选填“超声波”或“电磁波”)将探测到的信息传到地面.

不久的将来,我国的宇航员将登上月球,宇航员完成探月任务后乘火箭离开月球表面.若在某段时间内火箭沿斜向上方向做匀速直线运动,如图3所示,则在这段时间内,在月球表面上观察到火箭发动机的喷气方向应该是

解析物体间相互作用力是大小相等、方向相反、作用在两个物体上,且在同一直线上的力,两个力的性质是相同的.“嫦娥一号”实现变轨需要加速,故向后喷射高温燃气,从而获得与其运动方向同向的作用力.卫星“刹车制动”时,沿运动方向喷射高温气体,由于力的作用是相互的,从而获得向后的作用力减速.在绕月飞行时,以地球为参照物,“嫦娥一号”卫星是运动的.在绕月球做匀速圆周运动时,卫星受到月球的万有引力而不断改变运动方向.卫星通过电磁波将探测到的信息传到地面.宇航员乘火箭离开月球表面,火箭发动机的喷气方向应该是与运动方向相反,即斜向下.