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出去一段距离!
还有洗衣机甩干时,如果盖子没关好,水珠会被“甩”
出来!
“看到了吗?”
郑老师的声音带着一种揭示奥秘的激动,“如果没有了那个指向圆心的力(向心力),物体就不会再继续拐弯,它会由于惯性,沿着切线方向飞出去!
这就是牛顿第一定律!”
他回到黑板前,重重地点着那个小球:“向心力的作用,不是维持物体的运动,而是不断改变物体的运动方向,把它从切线上‘拉’回来,迫使它不停地‘拐弯’,从而形成圆周运动!”
“所以,”
郑老师总结道,目光如炬,“向心力,是改变物体运动方向(提供法向加速度)的原因,而不是维持圆周运动的原因!
维持运动的是物体的惯性(想保持匀速直线运动)!”
豁然开朗!
凌凡心中所有的疑云瞬间被驱散!
原来如此!
向心力的作用效果,完美地诠释了“力是改变运动状态(这里是速度方向)的原因”
!
那一下弹射实验,将抽象的概念变成了无比直观、深刻的物理图景!
“那‘离心力’呢?”
赵鹏忍不住又问。
“离心力是一种虚拟力,或者说惯性力。”
郑老师解释道,“是为了在非惯性系(比如旋转的参考系)中,方便地使用牛顿定律而引入的。
在我们地面这个惯性系看来,根本不存在一个向外的‘离心力’把物体推出去。
物体飞出去,是因为向心力突然消失,它由于惯性要保持原来的速度(切线方向),所以才显得像是被‘甩’了出去。
记住:根本不存在一个真实的力叫离心力!”
这个澄清至关重要,彻底纠正了一个常见的误解。
概念理清后,接下来是定量分析。
郑老师推导向心加速度的公式a?=v2r=w2r,进而得到向心力公式f?=v2r=w2r。
公式本身不难记忆。
但凌凡这次学乖了,他不再满足于记住公式,而是努力理解每个符号的物理意义和公式的由来。
他尝试用“过程分析”
和“图像法”
来理解:·速度方向变化率:即使速率不变,方向的变化本身也是一种加速度。
如何衡量方向变化的快慢?显然,半径r越小,转弯越急(方向变得越快);速度v越大,单位时间内转过的角度越大(方向也变得越快)。
所以a?与v2成正比,与r成反比,合乎直觉。
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·矢量三角形:郑老师用了无限小时间dt内速度矢量的变化来推导,虽然涉及微元思想,但那个相似三角形的几何关系,清晰地展示了Δv如何指向圆心,且大小|Δv|v=vdtr,hence|Δv|dt=v2r。
数学推导完美地支撑了物理图像。
凌凡在笔记本上画下了那个关键的矢量三角形草图,并在旁边注释:“几何关系揭示物理规律之美”
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