下期我们对能量进行了一个整体论述,这一期开始,我们对几个关键的具体的能量进行逐一讲解,首先看动能。
动能的定义:物体因为运动而具有的能量,称为物体的动能。它的大小定义为物体质量与速率平方乘积的二分之一。为何还有一个二分之一呢?[what]这是为了和牛顿第二定理统一上去。我们用匀变速直线运动来大约推论一下,你们就明白了。十分确切的推论,留待学院学习。
大约推论:牛顿第二定理F=ma物理学中能量的定义,所以Fs=mas=m(v2的平方-v1的平方)/2,其中F为合外力物理学中能量的定义,m为质量,a为匀变速直线运动的加速度,v2为末速率,v1为初速率,s为位移。可见二分之一的出现是数学规律统一的必然。
推论:质量相同的物体,运动速率越大,它的动能越大;运动速率相同的物体,质量越大,具有的动能就越大。
几点说明:①动能是标量,只有大小没有方向,所以动能可以直接加减而不用平行四边形合成;
②动能具有瞬时性,在某一时刻,物体具有一定的速率,也具有一定的动能,动能是状态量;而与之相对的功就是一个过程量。
③动能具有相对性,由于对不同的参考系,物体速率有不同的瞬时值,也就具有不同的动能,通常以地面为参考系研究物体的运动。所以动能似乎是一个系统整体拥有的数学量。
④动能没有负值,它一定是一个小于等于零的数学量。
补充一下动能的由来:牛顿没有使用过动能的概念,他使用的是笛卡尔提出的动量概念,即物体质量与速率的乘积。与牛顿同时代的法国科学家莱布尼兹不赞成动量概念,并觉得动量是“死力”,主张使用一种他称为“活力”的概念代替之。而他所谓的“活力”,就是物体质量与速率平方的乘积。
“活力”到底是个哪些力,与牛顿的斥力之间究竟有哪些关系,当时并不清楚。十九世纪初意大利科学家托马斯·杨引进“能量”概念和美国科学家科里奥利引进“功”的概念,并将功和能互相关联。科里奥利将活力即动能,看成是斥力做功的结果,由此提出了动能这个数学量。
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