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系统内力做功与能量转换什么理解,能量的转化是什么样子的呢

来源:整理 时间:2022-05-04 16:53:21 编辑:教育知识 手机版

把人看成一个系统,这个时刻其实是系统的内力,而不是做功的外力。至于我们走路时是什么力在做功,很多人认为是摩擦力在做功,其实不是。据说我们人体行走时消耗的能量并不是摩擦直接消耗的,而是一种间接消耗产生能量和能量转移抵消重力做功。理解了这个关系,接下来就可以解释了。

人在走路时,哪个力在做功?能量的转化是什么样子的呢?

人在走路时,哪个力在做功能量的转化是什么样子的呢

对于我们走路时什么力在做功很多人都认为是摩擦力在做功,其实并不是。那么问题是究竟是什么力在做功,我们今天就试着给大家分析分析这个问题。为什么不是摩擦力做功实际上人走路摩擦力并未做功,通过推测真正在做功的其实应该是地球地球引力。首先让我们在回忆一下公式如果一个力作用在某物体上,且物体在这个力的方向上移动了一段距离。

看清楚了,物体的功一定是对应物体的,回到问题本身我们发现摩擦力是作用在人的脚上,但问题在于我们在走路时当脚与地面接触时,脚没有向前移动,脚和地面之间是静摩擦力。有的人会说那人不是向前运动了吗?这就是第二个关键点(1)我们之所以强调物体本身,是因为脚不等于我们整个身体,实际上脚只占我们身体质量的很小一部分2实际上任何物体都有质量,如果我们把物体的质量都看作聚集在一个点上这个点称为质点,那么这个点的位置我们在物理学上称之为质心,在重力场均匀的情况下我们可以近似的认为这个点就是人的重心。

显然我们人的重心不在脚上,所以这个力的作用对象是我们的脚,而非人的质心。这就是强调作用对象的意义,否则人提水上楼和用绳子提升就没有区分的必要了。为什么做功的会变成地球?首先通过第二点我们可以知道摩擦力不做功但是他和我们身体肌肉产生的力方向相反并且不再一条直线上,如果细心留意生活的朋友肯定知道如果不再同一条直线上但是两个方向相反的力作用在同一个物体上他的效果是使这个物体旋转我们称这个效果为力矩生活中最常见例子的就是我们开车时对方向盘产生的力使方向盘转动了。

力的大小相等方向相反但不在同一直线第二由于摩擦力和身体产生的力形成力矩,会使我们人的质心重心向前旋转的趋势,就是说这个力破坏了身体平衡,导致重心前移,主要是我们要厘清一个概念重心前移并不是摩擦力在做功,摩擦力只是改变了这个平衡状态,根据动量守恒定理牛顿第三定理这其实是物体间的动量发生了转移,但整个系统动量守恒。

所以说把人看做一个系统的话这个力矩其实是系统内力,并非外力做功。从这个角度出发也能侧面印证并非摩擦力做功。举个例子就好像我们打台球一样,当我们激发白球时只是一瞬间,我们的球杆并没有一直推着球杆运动,或者说有的时候当球速很快的时候我们甚至可以观察到,白球快速碰撞到其他球时候,白球瞬间就停在碰撞点,转而被击打的球迅速滚了出去。

在这个过程中白球也并没有一直推着被击打的球运动。没有位移就不会发生做功,所以说这个过程只是一个能量转移的过程,两个球碰撞的力也属于系统内力,能量从一个物体转移到另一个物体,使另一个物体从原有的平衡状态静止转换成另一个平衡状态匀速直线运动。实际上我们所说的隔山打牛,打高尔夫都属于这种情况。假设把我们的重心想象成一个高尔夫球,系统内力想象成球杆,你挥杆打球只在瞬间如果不受重力和空气阻力球被打出去其实会保持匀速直线运动。

那么也就是说你的重心因为这个力矩发生能量转移,使你的重心打破了原有的平衡向前运动。所以说我们人体走路消耗的能量并不是直接通过摩擦力做功消耗的而是一个间接式的消耗产生能量能量转移抵消重力做功,弄清楚这个关系我们就可以接下去解释了。这个时候你的脚上的支持力和重心上受到的重力就不再同一条直线上,人就会有一个向前倾倒的趋势系统外产生力矩,不信的话你可以向前迈一步,为了效果明显可以迈的大点,但是往前迈的脚不要落地,你看看你是不是会向下倾倒。

身体前倾,双脚同步向前。最后,由于人体重心前移,人为了保持平衡,不得不用一只脚向前迈一步,这样向前迈一步的脚上的支撑力就和人体上的重力又在一条线上了,前倾会使重心稍微下降。这时候就需要支撑力了,重心会再次被抬高到原来的水平。此时,将通过抵消重力来做功。在这个循环中,我们自然地行走。事实上,当我们走路的时候迈出更大的一步,就会发现影子并不是直线前进,而是像波浪线一样前进。

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