物理
高中

想問(有點不清楚):
1.合外力有哪些力?我的答案是摩擦力與向心力
2.合外力做功等於零的原因是?
講解的老師是說等速率的關係,所以符合功能定理,我的想法是因為摩擦力與向心力垂直,這樣可嗎?

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解答

1.
不考慮空氣阻力的話,此題的人所受的外力總共有三個:重力、地面給的摩擦力以及地面給的正向力。

你的答案不完整,以下解釋:

這題的關鍵是要把力拆成與運動方向平行和與運動方向垂直的力。與運動方向平行的力可造成運動速率的改變,不造成運動方向的改變;與運動方向垂直的力可造成運動方向的改變,不造成運動速率的改變。

把所有的力拆完後,只有與運動方向平行的力才會作功,與運動方向垂直的力不做功。

回到問題。「摩擦力」永遠與運動方向平行,「正向力」永遠與運動方向垂直,所以沒什麼好拆的。重點是「重力」。重力的方向永遠是鉛直向下的,它可以拆成與運動方向平行的力以及與運動方向垂直的力。

所以,這一題的「向心力」,也就是和運動方向垂直的力,其實是「正向力」加上「重力在與運動方向垂直的方向的力」,所以如果你這樣回答的話,還少了一個「重力在與運動方向平行的方向的力」。

2.
先說結論:老師的說法和你的想法算是不同的出發點。老師的說法是正確的,但應多加補充以推倒至結果;你的想法是正確的,但是沒辦法由此推倒至結果。

我上網查了一下功能原理的定義,它的定義是「合力對物體所作的功 = 物體動能的變化量」,而動能的定義是(1/2)*m*(速率)^2。

在本題中,因為人的速率不變,所以人的動能不變,也就是動能變化量 = 0,根據功能定理,動能變化量 = 0 = 合力對人所作的功的量,因此得到合力作功為零。

另一種想法,是先把所有的力都拆成與運動方向平行的力和與運動方向垂直的力。

拆完後,先前有提到,與運動方向垂直的力不作功。

至於與運動方向平行的力,先前有提到,與運動方向平行的力會造成速率的改變。如果運動中「與運動方向平行的力的合力」是正的,則速率增加,反之則減少。

在本題中,速率保持不變,也就是「與運動方向平行的力的合力」為零。而功是力乘上位移,力是零,作功當然也就是零了。

所以,與運動方向垂直的力不作功,與運動方向平行的力的合力作功又是0,合外力作功當然就是零了。

你所想的「摩擦力與向心力垂直」這句話是對的,但是如果「重力在與運動方向平行的方向的力」大於摩擦力的話,合力就會作正功,反之就會作負功。

正確的想法應該是「因為『與運動方向平行的力的合力』為 0,而向心力又不作功,所以合外力作功等於零」。

這題我覺得出得相當地好,所以我很認真地回答。

仲遠

哇靠四個月前的我也太認真

留言

1.物體所受外力:摩擦力、正向力、重力。
然後向心力不是力噢,是合力的一種。以題目來說,運動員滑到底端時可視為一個曲率原,這時鉛直方向的合力才是向心力。
2.合力做功=動能變化。因為等速率,動能變化=0,所以合力做功=0。
umm.. 兩者垂直其實沒什麼太大的意思。以這題來說,因為摩擦力是阻止物體產生相對運動的力(與移動方向相反),又正向力垂直物體移動方向,所以兩者垂直。
《功能定力----合力作功造成動能變化》
因為等速率所以符合此定力的說法我第一次聽到...,因為通常看到有F-X關係、後來速度原來速度之類的,都會直接考慮往這方向解題。

13th沒有學姐的學姐

不過A選項你也可以這樣想,因為合力會造成加速度,換句話說,沒有合力就沒有加速度,就是靜止或等速度運動。

13th沒有學姐的學姐

*曲率圓

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