力的基础知识

2．力的基础知识

在国际单位制中，力的单位是牛顿（简称“牛”），符号为N。1牛顿是使1千克的质量的物体获得1米/秒²加速度的力。在物理学中，力常用一根带有箭头的线段表示，线段的长短表示力的大小，箭头的指向表示力的方向，箭尾所在处表示力的作用点。力的这种表示方法更直观。

力的应用

质量：表示物体所含物质的多少的物理量。又是量度物体的惯性大小的物理量。

质量是物体本身固有的一种属性。质量的值一般用物体所受合力和由此得到的加速度之比来表示。在一定大小的力的作用下，物体的质量越大，它所获得的加速度越小。如果物体的运动速度接近于光速，那么物体的质量就会显著地随着速度而变，其关系为：

c表示真空中的光速，m₀为物体在静止（v=0）的质量（称为“静止质量”）。

物体之间的万有引力也由它们的质量决定。在同一地区各物体的质量（物体所受重力的大小）分别和它的质量成正比。

物体的质量还和能量相关，它们间的关系为E＝mc²（E为能量，c为真空中的光速）。

在国际单位制和中国法定计量单位中，质量的基本单位为千克（公斤），符号kg。常用分数单位有克（10^-3千克，符号g）、毫克（10^-6千克，符号mg）等。

电力工人正在架设线路

密度：物体的质量与其体积的比值，也就是物质每单位体积内的质量。在国际单位制和中国法定计量单位中，密度的单位为千克/ 米³。为方便起见，也常用克/厘米³表示。对于气体，还常用克/升（1升＝10^-3米³＝1分米³）表示。

一般来说，不论什么物质，也不管它处于什么状态，随着温度、压力的变化，体积或密度也会发生相应的变化。因此，在说某一物质的密度时，如果有必要，还须指明是在什么条件下测定的密度。例如，银的密度为10.5克/厘米³（20℃);氢气的密度为0.8987克/升（0℃，101325帕）等等。

比重：物体的重量和其体积的比值。单位为牛顿/米³(N/m³)。根据国际单位制的定义，比重是相对密度，即某种物质的密度与一种选为标准的物质(水)的密度之比。它是一个没有单位的值。

重心：物体各部分所受重力的合力的作用点。物体的每一微小部分都受到地球的引力作用。地球对物体各部分的引力之和，就是作用在整个物体上的重力。这个力可以看成是作用在某一点上，这个点就是物体的重心。

运动状态下的电荷电场

质量分布均匀的物体，重心的位置只跟物体的形状有关。如果物体呈中心对称，那么它的重心就在它的几何中心上。例如，均匀的球体的重心在球心；均匀的圆板的重心在圆心；均匀的正方形(或矩形)板的重心在它的两条对角线的交点上，等等。重心的位置不一定在物体上，如圆环的重心在环心。

对于一般的薄板形物体，它的重心可以用悬挂法来确定：先在板上任意选一个悬挂点，在此点用线将板悬挂起来，平衡时，合力的作用点(重心)一定在悬挂线(或其延长线)上；再把悬挂点换到另一点，平衡时，重心又必定在新的悬挂线(或其延长线)上，前后两线的交点，就是这块薄板重心的位置。

质量分布不均匀的物体，重心的位置除跟物体的形状有关以外，还跟物体质量的分布情况有关。例如，载货汽车的重心会随着所装货物的重量和装载位置而变化。

地磁场示意

失重：物体对支持物的压力(或拉力)小于物体本身所受重力的现象。例如，一台升降机加速向下运动，这时人对升降机地板的压力小于人的重量。如果升降机向下加速度等于重力加速度g，这时人对地板没有压力，人站在机内的秤上，秤上的示数将为零，好像此人没有重量一样。这时，如果此人手里拿着一个物体，将手放开，这物体将停留在半空中，而不会掉到升降机的地板上；如果此人用力向上一跳，获得一个初速度，他就会以这个速度在机内匀速上升，直到头撞在升降机的顶板上。在人造卫星上的物体，就处于这种完全失重的状态。

在失重的条件下，做饭是相当麻烦的问题。因为水蒸气会把全部的水通过容器的排气孔驱赶出去。由于失重，人不能靠食物的重力把食物吃到胃里，因此宇航员只得吃软管装的膏状食物。