为什么你会随着公交车一起跌倒?解析牛顿第一定律

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当你站在静止的公交车上,没有倚靠任何物体,突然间公交车启动,你会向后跌倒,仿佛有人从后面推了你一把。这是为什么?当你站稳后,公交车又突然停下,这次你却向前跌倒,仿佛有人从前面推了你。这又是为什么?要解答这些问题,我们需要先提出一些更基本的问题。

物体为什么静止?又是什么让它们运动?

让我们先来看看静止的物体。比如这把椅子,它现在处于静止状态。我需要做些什么来保持它的静止?你可能会说,什么都不用做,我无需采取任何行动。

静止的物体有一种自然的倾向,那就是保持静止。实际上,这个物体将会保持静止状态,直到——等待,等待——直到我推动或拉动它。所以,回到原问题,是什么让物体保持静止?我们可以说,什么都没有。静止的物体有一种自然的倾向,保持静止状态,直到我们推动或拉动它,或者更准确地说,直到有一个不平衡的力作用于它。

那么是什么让物体保持运动?

你可能会认为,为了让物体保持运动,我们需要在运动方向上施加一个不平衡的力。如果我们停止施加不平衡的力,物体就会回到静止状态。这听起来很直观,但不幸的是,这是错误的。

为什么我们的直觉给出了错误的答案?因为我们的实验不够仔细。让我们重新进行一个更仔细的实验。这次,我不再向前推椅子,而是踢它,看看会发生什么。砰!你注意到了什么?当我的脚与椅子接触时,我在推动椅子向前。但一旦椅子与我的脚分离,我就不再推动椅子向前了,没有任何力在推动椅子。

没有向前的不平衡力,但椅子仍然继续向前移动。如果我们的直觉是正确的,那么椅子应该在我脚离开的那一刻立即停止。但显然,事实并非如此,事物并不是这样运作的,这意味着我们的直觉是错误的。

那么,什么才是正确的答案?什么让物体保持运动?同样,什么都没有。运动的物体有一种自然的倾向,保持其运动状态,直到有一个不平衡的力作用于它。

这可能不符合我们的直觉,但事实就是如此。运动的物体有一种自然的倾向,保持其速度不变,沿直线运动。但你会问,为什么椅子最终会停下来?这是因为摩擦力,摩擦力在相反方向上推动椅子,使其停止。如果没有摩擦力,椅子将继续以相同的速度移动。

牛顿第一定律

将这两者结合起来,我们得到什么?静止的物体保持静止,运动的物体保持以相同的速度运动,直到有一个不平衡的力作用于它。这就是我们所说的牛顿第一定律。

当你站在公交车上,由于你的惯性,你倾向于保持静止状态。当公交车加速时,公交车地板试图滑过你,但由于摩擦力,你的脚被加速向前。但你的身体其他部分由于惯性,仍然保持静止状态,这就是你向后跌倒的原因。

那么,当公交车突然停下时,你为什么会向前跌倒?因为你身体的惯性使你倾向于保持运动状态。当公交车停止时,你的身体会继续向前移动,直到你的脚受到摩擦力的作用而停止。因此,你的身体其他部分继续运动,导致你向前跌倒。

最后,我想重申,如果你觉得这部分很难理解,你并不孤单。因为我们生活在一个充满摩擦和空气阻力的世界中,很难看到这一点。但在太空中,没有摩擦或空气阻力,这就是为什么行星能够永远运动的原因。月球也是如此,行星和星星的运动提醒我们牛顿第一定律的存在,希望这能帮助你理解。

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