重量,下降对象和矢量组件

最新答案:2007年10月22日

问:
1.自由秋季的物体是否有重量?当物体落在地球表面时,体重会改变吗?2.为什么水平运动与弹丸一样独立于垂直运动?
- 内德·劳埃德(Ned Lloyd)(29岁)
新泽西州特伦顿
A:
嗨,内德,

您第一个问题的答案有些棘手,因为并非每个人都以相同的方式使用“体重”一词。掉落物体上有重力,因此从这个意义上讲,它确实具有重量。但是,重力实际上并不是您感觉到的力量。您感觉到地板或椅子向上推。So if by weight you mean a force which keeps things from falling, the sort of force you can feel, the falling object is weightless.In practice, if you’re on an airplane in free-fall, you do feel weightless, just the same as you would if there were no sources of gravity around.

这种方式是如此不寻常,是您无法感受到的,以至于在某种程度上最好不要将其视为一支力量。当物体在没有力的情况下,物体会走在引力场中所做的路径的原因是空间和时间是弯曲的,以便自然的“直径”路径是自由落下物体所采用的。这是爱因斯坦相对论一般理论背后的主要思想之一。

但是,出于大多数实际目的,您可以使用具有重力力的牛顿力学,从而导致熟悉的加速度掉落的物体发生。与低海拔相比,这种力的高度将少于高度。

对于您的第二个问题,我们可以诉诸于弹丸必须发生同一件事的原则(例如,它必须降落在同一位置)要去。另一半是,在此移动的参考框架中物理定律与任何其他参考框架中的物理定律相同(例如,f = ma,仍然是)。

我们可以想象,一个观察者以相同的速度水平移动,弹丸最初沿水平方向移动。然后,移动的观察者只会看到弹丸被直接射击。如果水平方向没有力,则弹丸应该向上抬起并直接向下下方,没有水平偏差,就好像观察者和弹丸在发射弹丸时静止。然后,我们可以翻译所有坐标,以便弹丸具有水平和垂直成分的运动组成部分,结果是我们得到了相同的答案,就像可以独立求解水平和垂直组件一样。

有了更多的数学,牛顿定律f = ma就是所谓的“向量方程”,它具有三个组件:f_x = m(a_x),f_y = m(a_y)和f_z = m(a_z)。这是描述我们在自然界观察到的最简单方法。

然而,实际的身体情况可以将水平运动与垂直运动相结合。例如,将空气阻力引入弹丸问题,将意味着水平和垂直组件将不再容易分离。但是,即使随时间变化,也可以将力始终分解为三个组件,并将其与加速的三个组成部分相关联。

汤姆·J·(W Mike)

(发表于2007年10月22日)

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