如何理解力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系

耿天鵬

我們認(rèn)識(shí)力，其實(shí)是從力所產(chǎn)生的效果開(kāi)始的。首先，我們從物體的形變來(lái)看力的作用效果。物體受到力的作用時(shí)會(huì)有相應(yīng)的表現(xiàn)，稱(chēng)為力的作用效果。如竹竿受力時(shí)會(huì)變彎；沿彈簧的軸線方向拉彈簧，它會(huì)伸長(zhǎng)，壓它則縮短。

接下來(lái)，再由物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變來(lái)看力的作用效果。人們?cè)谏钪杏羞@樣的經(jīng)驗(yàn)：球不踢，不動(dòng)，桌子不推不動(dòng)；踢出去的球不再受腳對(duì)它的力，最終要停下來(lái)，停止對(duì)桌子的推動(dòng)，桌子也停下來(lái)。在歷史上，古希臘學(xué)者亞里士多德對(duì)類(lèi)似的現(xiàn)象進(jìn)行思考，他認(rèn)為：如果要使物體持續(xù)運(yùn)動(dòng)，就必須對(duì)它施加力的作用。在他看來(lái)，力是使物體運(yùn)動(dòng)的原因，運(yùn)動(dòng)要靠力來(lái)維持。

人們的許多生活經(jīng)驗(yàn)或體驗(yàn)確實(shí)為科學(xué)奠定了基礎(chǔ)；但也有相反的情況，有不少的生活經(jīng)驗(yàn)或體驗(yàn)卻被深入的科學(xué)研究證明是不科學(xué)的。在上述中，亞里士多德從他本人以及其他人的生活經(jīng)驗(yàn)或體驗(yàn)出發(fā)，所概括出的力與物體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系就是不正確的。

力與物體的運(yùn)動(dòng)到底是什么關(guān)系呢？

圖1后來(lái)，伽利略通過(guò)類(lèi)似圖1的實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明問(wèn)題。讓小車(chē)每次都從斜面同一高度滑下，這樣能保證小車(chē)到達(dá)平面時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度相同。觀察、比較小車(chē)在粗糙程度不同的平面上的運(yùn)動(dòng)情況，并進(jìn)行推理。

就小車(chē)在平面上的運(yùn)動(dòng)情況看：已經(jīng)運(yùn)動(dòng)著的小車(chē)，在阻力大的毛巾表面很快停下來(lái)，而在阻力小的木板表面要運(yùn)動(dòng)較大的距離才停下來(lái)。由此想象：如果在阻力更小的玻璃板上，它會(huì)運(yùn)動(dòng)得更遠(yuǎn)才停下來(lái)；如果平面是絕對(duì)光滑的呢？小車(chē)永遠(yuǎn)也不會(huì)停下來(lái)。

于是伽利略認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)著的物體不需要力來(lái)維持它的運(yùn)動(dòng)。如果物體不受力，它會(huì)以恒定不變的速度永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。牛頓通過(guò)進(jìn)一步的研究，得出了一個(gè)重要的物理規(guī)律：一切物體在沒(méi)有受到力的作用時(shí)，總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)。這就是牛頓第一定律。

大量的事實(shí)證明，伽利略、牛頓等人的結(jié)論是正確的，而亞里士多德的觀點(diǎn)是不正確的。

牛頓第一定律實(shí)際上揭示了這樣一個(gè)事實(shí)：既然物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持，這說(shuō)明一切物體本身都有保持它原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)（本領(lǐng)），物體的這種性質(zhì)就稱(chēng)為慣性。因此，牛頓第一定律也稱(chēng)為慣性定律。

前面曾講過(guò)，力的作用效果之一是能夠改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。那么，物體究竟受怎樣的力時(shí)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)才會(huì)改變呢？現(xiàn)在要回答這個(gè)問(wèn)題將很簡(jiǎn)單。

（1）根據(jù)牛頓第一定律，物體在不受力作用時(shí)，總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不發(fā)生改變。

（2）根據(jù)所學(xué)的內(nèi)容，物體在受平衡力作用時(shí)，也保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也不發(fā)生改變。

很顯然，只有當(dāng)物體受不平衡力作用時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)才會(huì)改變。

比如推動(dòng)桌子，桌子由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變，就是因?yàn)橥屏Υ笥谀Σ磷枇Γㄊ懿黄胶饬Γ?；物體做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)方向不斷改變（運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變），也是因?yàn)槭艿讲黄胶饬Φ淖饔谩?/p>

【例1】小明用水平方向的力推靜止在水平地面上的桌子，但沒(méi)有推動(dòng)。關(guān)于小明對(duì)桌子的推力與桌子受到的摩擦力的大小關(guān)系，下列說(shuō)法正確的是（）。

A推力小于摩擦力

B推力等于摩擦力

C推力大于摩擦力

解析：運(yùn)用二力平衡知識(shí)來(lái)解題。桌子靜止，處于平衡狀態(tài)，因此桌子受平衡力的作用，所以推力等于摩擦力。故本題選B。

【例2】下列說(shuō)法正確的是（）。

A.在平衡力作用下，物體一定處于靜止?fàn)顟B(tài)

B.力的作用效果是改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或使物體發(fā)生形變

C.力的三要素完全相同的兩個(gè)力，一定是一對(duì)平衡力

D.彼此不互相接觸的物體不可能產(chǎn)生力的作用

解析：在平衡力作用下，物體有可能處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；力的作用效果有兩個(gè)，一是改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，二是改變物體形狀；力的三要素完全相同的兩個(gè)力方向相同，一定不是一對(duì)平衡力；不互相接觸的物體不一定不產(chǎn)生力的作用，因此本題選B。

（責(zé)任編輯易志毅）