力的第三個(gè)作用效果

王九全

【摘 要】我們都知道，“力”是產(chǎn)生加速度的原因，也就是說(shuō)不管一個(gè)力有多么小，都可以使一個(gè)質(zhì)量很大的物體產(chǎn)生加速度。而實(shí)際情況卻并不是這樣，當(dāng)我們用力去抬一個(gè)桌子的時(shí)候，桌子卻紋絲不動(dòng)，這究竟是什么緣故呢？那是因?yàn)椤傲Α边€有第三個(gè)作用效果，即“克服別的力”。而這一點(diǎn)在牛頓定律和教科書以及資料書中都沒有體現(xiàn)，所以筆者以為應(yīng)該把這一點(diǎn)寫進(jìn)教科書或者運(yùn)用于教學(xué)當(dāng)中，將會(huì)有很顯著的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】加速度；牛頓；彼此克服；水平分量；豎直分量

大凡學(xué)過(guò)物理的人都知道力來(lái)到人世間有兩個(gè)作用效果，也就是說(shuō)能干兩件活，一件是讓物體發(fā)生形變，另外一個(gè)是改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。其中第二個(gè)作用效果是牛頓第一定律的精髓，那么什么是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變呢？簡(jiǎn)單地說(shuō)就是物體的速度發(fā)生改變，這有三個(gè)方面的意思：一是物體的速度大小發(fā)生改變而方向不變，二是物體的方向發(fā)生改變，而大小不變，三是物體的大小和方向同時(shí)發(fā)生改變。而速度發(fā)生改變就是說(shuō)物體具有了加速度，也就是說(shuō)歸根結(jié)底力是產(chǎn)生加速度的原因。

我們?cè)诖藭呵也徽f(shuō)牛頓定律有多厲害，牛頓有多偉大，我想要說(shuō)的牛頓定律也有不太完美的地方，至少有不太全面的地方，筆者以為：力來(lái)到人世間能干三件活，除了前面講過(guò)的那兩件而外，應(yīng)該還有一件，那就是“力可以克服別的力”，下面舉例說(shuō)明。

如圖所示，在平面上放一個(gè)物體，用一個(gè)F=1N的力沿水平方向向右拉它，沒有拉動(dòng)，也就是說(shuō)這個(gè)力并沒有使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，那么我們會(huì)問(wèn)這個(gè)力究竟干啥去了呢？難道它在這里啥活都沒干（啥作用都沒起）嘛？細(xì)細(xì)分析不難發(fā)現(xiàn)，物體之所以沒有動(dòng)，是由于地面摩擦力的緣故。這個(gè)摩擦力就是靜摩擦力，大小也是1牛，所以說(shuō)這個(gè)力F并不是沒干活，而是克服摩擦力去了。并且克服完沒有剩下，所以物體沒動(dòng)，也就是說(shuō)物體的合力為零，不能產(chǎn)生加速度。所以筆者以為力還有一個(gè)作用，那就是力能夠克服別的力。

曾經(jīng)有同學(xué)這樣問(wèn)我：“老師，既然力是產(chǎn)生加速度的原因，那么一個(gè)力多大才能讓一個(gè)物體產(chǎn)生加速度呢？”這個(gè)問(wèn)題問(wèn)的很好，其實(shí)一個(gè)很小的力都可以讓一個(gè)質(zhì)量很大的物體產(chǎn)生加速度，咱們舉這樣一個(gè)例子：有一個(gè)重800牛的桌子，我們用F=400N的力去抬它，它肯定不動(dòng)。什么原因呢？這是因?yàn)檫@個(gè)400牛的力還不足以克服桌子的重力，重力都還沒有克服完，就無(wú)法談狀態(tài)的改變了。那么究竟多大的力才能讓它動(dòng)呢？我們加800牛的力它能動(dòng)嗎？我們說(shuō)不能，原因是這800牛的力剛好克服了800牛重力的而沒有剩下，也就是合力依然為零，不能產(chǎn)生加速度，所以物體不動(dòng)。那么我們加801牛的力物體動(dòng)嗎？答案是肯定的，動(dòng)了，并且產(chǎn)生加速度。所以說(shuō)這個(gè)801牛的力在此干了兩件活，其中的800?？朔雷拥闹亓?，剩下的1牛產(chǎn)生加速度。計(jì)算過(guò)程如下：

F合=F-G=801N-800N=1N

m=G/g =800/10=80kg （g=9.8N/kg）

a=F合/m=1/800（N/kg）

這說(shuō)明，物體在801N的力的作用下，將以a=1/800（N/kg）的加速度向上加速。

既然801牛的力能夠讓物體產(chǎn)生加速度并且運(yùn)動(dòng)，那么F=800.1牛的力能讓桌子運(yùn)動(dòng)嗎？

答案也是肯定的，這800.1牛的力其中的800?？朔矬w的重力，剩下的0.1牛產(chǎn)生加速度，計(jì)算過(guò)程如下：

a=F合/m=（800.1-800）/80=1/800（N/kg）

可見，在日常生活中，由于一個(gè)物體不僅僅只受一個(gè)力，所以給物體給一個(gè)力以后，這個(gè)力首先要克服別的力，如果克服完別的力以后還剩下，那么這個(gè)力將產(chǎn)生加速度，如果沒有剩下，將不產(chǎn)生加速度。

綜上所述，筆者以為力還有第三個(gè)功能，那就是“克服別的力”，不知同仁們能否贊同我的觀點(diǎn)。通過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，筆者以為牛頓定律把力的這個(gè)功能給淹沒了，從而有點(diǎn)含糊不清，所以還是提出來(lái)的好，并且用這個(gè)功能來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題會(huì)收到事半功倍的效果，學(xué)生也很容易懂，并且真正能實(shí)現(xiàn)化復(fù)雜為簡(jiǎn)單，化腐朽為神奇。

下面舉些實(shí)際教學(xué)中的例子，以供商榷。

例一：設(shè)想這樣一個(gè)情景（兩個(gè)學(xué)生用互成角度為a的力提一桶水沿平直路面勻速行走）。

我們都知道，省力的最好辦法是盡量減小夾角 a，這是為什么嗎？這是因?yàn)楦鶕?jù)G=2Fcosa，只有減小a ，cosa才變大，在G恒定的情況下，cosa變大了，F(xiàn)才變小，從而省力。

那么有同學(xué)就問(wèn)，a變大了，F(xiàn)向上的能力（分量）就小了，那F的能耐究竟去哪兒了呢？

其實(shí)這個(gè)問(wèn)題很簡(jiǎn)單，那是因?yàn)楫?dāng)a增大的時(shí)候，拉力的豎直分量雖然減小了，而它的水平分量卻變大了，水平分量Fx=Fsina。這個(gè)水平分量干活了嗎？我們說(shuō)這個(gè)水平分量干活了，它克服F2在水平方向的分量了。而水平分量對(duì)咱們提水沒有絲毫作用，所以還是盡量減小的好，而減小辦法就是減小a。

所以說(shuō)在拉力F恒定的情況下，它的效果跟夾角有關(guān)系，夾角減小，豎直分量增大，水平分量減小，夾角增大，豎直分量減小，水平分量增大，魚和熊掌不可兼得，兩個(gè)分量不可能同時(shí)增大。兩個(gè)拉力的豎直分量和共同克服重力而使水桶沒有掉下去，兩個(gè)水平分量彼此克服而沒有使水桶左右跑。

所以說(shuō)，在力學(xué)里頭，處處會(huì)出現(xiàn)“力與力之間相互克服”的情況，并且用“彼此克服”的觀點(diǎn)來(lái)講解可以很輕松，很清楚，所以我不希望把“彼此克服”的觀點(diǎn)加入到牛頓定律中或是寫進(jìn)教科書中，而是希望廣大高中物理老師能夠把此觀點(diǎn)運(yùn)用到教學(xué)當(dāng)中，其中的韻味將會(huì)不小，并且將收到意想不到的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]高中物理教科書