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1700947451 现在,当我们给出了各种力的全部已知规则时,复习的这一部分也该结束了。
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1700947453 但在结束前还须提一下关于加速度的公式,这个公式很有用:如果在一给定的瞬时,一个物体正以恒定速率v 沿半径为r 的圆周运动,那么它的加速度指向圆心,其量值等于v2 /r (见图2-2)。那是与我们曾谈到过的一切别的东西成“直角”的那类事情,但由于导出这个公式很麻烦[4] ,所以最好是记住它。
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1700947461 图2-2 匀速圆周运动的速度和加速度矢量
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1700947463 表2-1
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1700947468 表2-2
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1700947471   在保守力的条件下正确     在非保守力的条件下正确     ΔP .E .=-ΔW      P .E   . 没有定义   ΔE =ΔK .E .+ΔP .E   .=0   ΔE =ΔW   定义:动能 ;功W =∫F ·dS .
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1700947473 2-4 力及其势能
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1700947475 现在,回到正题,我将列出一系列力的定律及它们的势能公式的表。
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1700947477 表2-3
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1700947482 先讲地球表面上的重力。这个力的方向向下,但不必关注其符号,只要记住力是哪个方向,因为谁会知道你取什么样的坐标轴——或许你会取z 轴向下!(你这样做是可以的。)所以力为-mg ,则其势能为mgz ,这里m 是物体的质量,g 是一个常数(地球表面处的重力加速度——否则,这个公式就不对了!)而z 是地面或其他任何水平面以上的高度。这就意味着势能值在你想选的任何地方都可以为零。我们使用势能的方式是讨论它的变化 ——当然,如果你在势能上加一常数,也不会有任何区别。
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1700947484 我们接下来讨论空间中质点之间的引力。这是一个指向质点的力,它正比于两个质点质量的乘积除以这两者之间距离的平方,即-mm′ /r2 或-m1m2 /r2 ,或者是你想写的任何其他形式。记住力的方向比操心其符号更好。但这部分内容你必须记住:引力与两个质点间距离平方成反比。(所以怎样确定符号?就像引力的吸引,因而力处于径向矢量的相反方向。这向你们表明我不记符号,我只从物理意义上 记住应该怎样确定符号。质点相互吸引 ,这就是所有我必须记住的。)
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1700947486 现在,两个粒子间的势能 为-Gm1m2 /r 。对我来说,记住势能是何种样式是困难的。让我们看看:当两个质点靠近时,势能减少,所以这表示r 越小,势能应越少,因此它是负的——我想 这是正确的!我感到在符号方面有很多困难。
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1700947489 在电学里面,两个电荷之间的作用力正比于两个电量q1 和q2 的乘积除以它们之间距离的平方,但比例常数不再被写在分子上(像引力那样),而是在分母上写作4πε0 。同引力一样电力也是沿径向,但有不同的符号规律:有电排斥力 ,因而它的电势能的符号与引力势能的符号相反,另一方面比例常数不同:为 而不是G 。
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1700947491 电学定律中有几个技术性问题:作用在q 单位电荷上的力可以写成q 乘上电场(强度),即qE ,而能量可以写成q 乘电势,即qφ 。这里E 是一个矢量场,而φ 是标量场。当能量用常用单位焦耳 时,q 用库仑 计量,φ 用伏特 计量。
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1700947494 继续讨论上面的这张公式表,接下来的是理想弹簧。把一理想弹簧拉伸距离x 时,作用力为常数k 乘以x 。这里我们再次强调必须知道字母的意义:x 是你把弹簧从平衡位置拉开的距离,而弹簧拉回来的力是-kx 。这里我取的符号只是表明弹簧向后拉。你很清楚当弹簧被拉伸后,弹簧会把物体拉回去,而不会把它推远。现在其势能为 。为了拉伸弹簧你们得对它做功,所以它被拉伸后其势能为正。因而对弹簧来说,符号问题是不难的。
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1700947496 你们知道我不可能记住像符号这种细节,但我试着通过论证将这些事情进行重现——那就是我如何回忆起我没有记住的所有事情。
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1700947498 摩擦:干燥表面上的摩擦力为-μN ,你们再次必须知道各个符号的意义。当一个物体被用力压在另一个表面上时,该力垂直于表面的分量为N ,这时为使该物体沿表面滑动,所需推力为μ 乘N 。你很容易确定摩擦力的方向:它与你使物体滑动的方向相反。
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