力的第三个作用效果

王九全

【摘 要】我们都知道，“力”是产生加速度的原因，也就是说不管一个力有多么小，都可以使一个质量很大的物体产生加速度。而实际情况却并不是这样，当我们用力去抬一个桌子的时候，桌子却纹丝不动，这究竟是什么缘故呢？那是因为“力”还有第三个作用效果，即“克服别的力”。而这一点在牛顿定律和教科书以及资料书中都没有体现，所以笔者以为应该把这一点写进教科书或者运用于教学当中，将会有很显著的教学效果。

【关键词】加速度；牛顿；彼此克服；水平分量；竖直分量

大凡学过物理的人都知道力来到人世间有两个作用效果，也就是说能干两件活，一件是让物体发生形变，另外一个是改变物体的运动状态。其中第二个作用效果是牛顿第一定律的精髓，那么什么是物体运动状态的改变呢？简单地说就是物体的速度发生改变，这有三个方面的意思：一是物体的速度大小发生改变而方向不变，二是物体的方向发生改变，而大小不变，三是物体的大小和方向同时发生改变。而速度发生改变就是说物体具有了加速度，也就是说归根结底力是产生加速度的原因。

我们在此暂且不说牛顿定律有多厉害，牛顿有多伟大，我想要说的牛顿定律也有不太完美的地方，至少有不太全面的地方，笔者以为：力来到人世间能干三件活，除了前面讲过的那两件而外，应该还有一件，那就是“力可以克服别的力”，下面举例说明。

如图所示，在平面上放一个物体，用一个F=1N的力沿水平方向向右拉它，没有拉动，也就是说这个力并没有使物体的运动状态发生改变，那么我们会问这个力究竟干啥去了呢？难道它在这里啥活都没干（啥作用都没起）嘛？细细分析不难发现，物体之所以没有动，是由于地面摩擦力的缘故。这个摩擦力就是静摩擦力，大小也是1牛，所以说这个力F并不是没干活，而是克服摩擦力去了。并且克服完没有剩下，所以物体没动，也就是说物体的合力为零，不能产生加速度。所以笔者以为力还有一个作用，那就是力能够克服别的力。

曾经有同学这样问我：“老师，既然力是产生加速度的原因，那么一个力多大才能让一个物体产生加速度呢？”这个问题问的很好，其实一个很小的力都可以让一个质量很大的物体产生加速度，咱们举这样一个例子：有一个重800牛的桌子，我们用F=400N的力去抬它，它肯定不动。什么原因呢？这是因为这个400牛的力还不足以克服桌子的重力，重力都还没有克服完，就无法谈状态的改变了。那么究竟多大的力才能让它动呢？我们加800牛的力它能动吗？我们说不能，原因是这800牛的力刚好克服了800牛重力的而没有剩下，也就是合力依然为零，不能产生加速度，所以物体不动。那么我们加801牛的力物体动吗？答案是肯定的，动了，并且产生加速度。所以说这个801牛的力在此干了两件活，其中的800牛克服桌子的重力，剩下的1牛产生加速度。计算过程如下：

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）

这说明，物体在801N的力的作用下，将以a=1/800（N/kg）的加速度向上加速。

既然801牛的力能够让物体产生加速度并且运动，那么F=800.1牛的力能让桌子运动吗？

答案也是肯定的，这800.1牛的力其中的800牛克服物体的重力，剩下的0.1牛产生加速度，计算过程如下：

a=F合/m=（800.1-800）/80=1/800（N/kg）

可见，在日常生活中，由于一个物体不仅仅只受一个力，所以给物体给一个力以后，这个力首先要克服别的力，如果克服完别的力以后还剩下，那么这个力将产生加速度，如果没有剩下，将不产生加速度。

综上所述，笔者以为力还有第三个功能，那就是“克服别的力”，不知同仁们能否赞同我的观点。通过多年的教学实践，笔者以为牛顿定律把力的这个功能给淹没了，从而有点含糊不清，所以还是提出来的好，并且用这个功能来解决实际问题会收到事半功倍的效果，学生也很容易懂，并且真正能实现化复杂为简单，化腐朽为神奇。

下面举些实际教学中的例子，以供商榷。

例一：设想这样一个情景（两个学生用互成角度为a的力提一桶水沿平直路面匀速行走）。

我们都知道，省力的最好办法是尽量减小夹角 a，这是为什么吗？这是因为根据G=2Fcosa，只有减小a ，cosa才变大，在G恒定的情况下，cosa变大了，F才变小，从而省力。

那么有同学就问，a变大了，F向上的能力（分量）就小了，那F的能耐究竟去哪儿了呢？

其实这个问题很简单，那是因为当a增大的时候，拉力的竖直分量虽然减小了，而它的水平分量却变大了，水平分量Fx=Fsina。这个水平分量干活了吗？我们说这个水平分量干活了，它克服F2在水平方向的分量了。而水平分量对咱们提水没有丝毫作用，所以还是尽量减小的好，而减小办法就是减小a。

所以说在拉力F恒定的情况下，它的效果跟夹角有关系，夹角减小，竖直分量增大，水平分量减小，夹角增大，竖直分量减小，水平分量增大，鱼和熊掌不可兼得，两个分量不可能同时增大。两个拉力的竖直分量和共同克服重力而使水桶没有掉下去，两个水平分量彼此克服而没有使水桶左右跑。

所以说，在力学里头，处处会出现“力与力之间相互克服”的情况，并且用“彼此克服”的观点来讲解可以很轻松，很清楚，所以我不希望把“彼此克服”的观点加入到牛顿定律中或是写进教科书中，而是希望广大高中物理老师能够把此观点运用到教学当中，其中的韵味将会不小，并且将收到意想不到的效果。

参考文献：

[1]高中物理教科书