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非接触力的类型及其传递的方式

非接触力的类型及其传递的方式

作者: 难忘的唐果 | 来源:发表于2018-11-14 00:30 被阅读48次

    我们做学生时,对力的理解无非就是力的三个要素:力的大小,方向和作用点例如:水平地面上放置一个箱子。当我们用手推箱子时,箱子就受到了向右的力F。我们可以以箱子为研究对象,对箱子进行受力分析。

    为了简便分析箱子的受力情况,我们简单地认为箱子的受力点在其重心。

    在水平方向上:箱子受到向右的推力F,向左受到地面对箱子的摩擦力f。

    在垂直方向上:

    箱子受到向下的重力G,向上受到地面对箱子的支持力N。

    当推力F大于摩擦力f时,箱子就会在水平方向上向右做加速直线运动;当推力F等于摩擦力时,箱子就会保持静止状态。

    这个我们很容易理解,但自然界中,不但只有接触产生的力,而且还有非接触产生的力。例如,磁力,电磁力,静电力,强核力和万有引力等等。

    磁力是我们常见的非接触力的类型。其典型的代表就是磁铁,六十,七十年代出生的苦逼对此会非常熟悉。拆掉父亲的收音机,喇叭后面就是一个磁铁——俗称吸铁石的就是它。

    如果我们把磁铁放置于沙砾中搅拌,其表面就会吸附大量的铁屑;如果我们把两个磁铁相互靠近,就有相互吸引或相互排斥。

    现代的科技已经非常发达,对磁铁的研究也非常全面,总而言之,磁铁具有以下性质。

    一,磁铁的周围存在着磁场。

    二,磁铁同极相斥,异极相吸。

    三,磁铁能产生电磁感应现象。

    现在我们分别介绍磁铁的三个性质。

    磁铁周围存在着磁场。虽然,我们感觉不到磁场,但我们可借助一些工具来观察研究。如果我们把磁铁的周围撒满小铁屑,这些铁屑的排列就会是有规则的。如果我们放一些小磁针在磁铁的周围,我们就会发现,小磁针的北极——N极会具有一定的指向。即小磁针北极的指向是磁力线切线方向。

    如果我用一条条闭合的实线——磁力线代表磁铁的磁场,那么,磁铁外部的磁力线就会从磁铁的北极(N)出发,到磁铁的南极(S)结束,而磁铁的内部的磁力线则相反。并且磁力线的密度和离磁铁的距离成减函数的关系。

    磁铁的第二个性质是同极相斥,异极相吸。这个我们非常容易理解,就是如果我们把两个磁铁的N极靠近就会产生斥力,把它们的N_S或S_N相互靠近,就会产生吸引力。这是因为磁场是具有方向性的,也很好理解。

    磁铁的这两个性质被人们得到了很好的利用。我们知道,地球就是一个大磁铁,它的周围也存在着磁场。在地球表面的磁铁的N极都会指向地球的磁极S。指南针的原理就是如此。我国是最早利用这一现象的国家。据《古矿录》记载最早出现于战国时期的河北磁山一带。用天然磁铁矿石琢成一个杓形的东西,放在一个光滑的盘上,盘上刻着方位,利用磁铁指南的作用,可以辨别方向,是现在所用指南针的始祖,成为中国的四大发明之一。司南的典籍是《鬼谷子·谋篇第十》:“故郑人之取玉也,载司南之车,为其不惑也。”北宋沈括的《梦溪笔谈》对指南针已有详细记载:“方家以磁石磨针缝,则能指南。”

    磁铁的神奇的自然现象也会被不良商家利用,成为非法赚钱的工具。例如,八九十年代的磁疗杯,磁疗枕,磁疗床垫,505磁疗腰带,磁疗内裤等等磁疗产品。商家吹嘘可以治疗风湿,高血压,阳痿早泄等等功能。有些在央视315晚会上曝光过的。一个普通的杯子,下面扣一个环形磁铁,里面的水就成万能的良药啦——磁场只对铁,镍等金属起作用,对水是不起什么作用的,和其他地方的水功能是相同的——就会可以解渴。

    我们在讨论磁铁相互吸引的时候,有没有想过,两者的速度由静止到运动,其动能是增加的,增加的动能应该是磁力所做的功。如果两者的质量分别为M1和M2,平均速率为V1个V2,移动的距离为S,则磁力所做的功等于两者动能的增加量。

    FS=½M1V1∧2+½M2V2∧2

    我们是否想过,增加的能量来自哪里?如果我们把两个磁铁视为一个系统,它们的能量是增加的,因为两者的磁力并没因做功而减少。我们知道,宇宙间的能量是不会增加,也不会减少,它只会从一种能量形式转变为另一种形式,而总的能量守恒,这就是能量守恒定律。这明显违反了物质的能量守恒定律。关于这个问题,我们留一个悬念,等后面的章节再讨论。

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