常见的几种力

要应用牛顿定律解决问题，首先必须能正确分析物体受力情况．在日常生活和工程技术中经常遇到的力有万有引力、弹性力、摩擦力等．下面简单介绍一下这些力的知识．

1．万有引力

任何两个物体之间都存在相互吸引力，按照万有引力定律，质量分别为m1和m2的两个质点，相距为r时，它们之间的万有引力大小为

式中，称为万有引力常数．由于引力常数的数量级很小，所以一般物体间的引力极其微弱，但对于两个物体都是天体（或者其中一个是天体），这种引力却是支配它们运动的主导因素．

地球对其表面附近物体的吸引力就是物体的重力，根据牛顿第二定律

式中m、M分别是物体和地球的质量，R为地球半径．所以重力加速度．

2．弹性力

当两个物体相互接触发生形变，物体内部会产生一种企图恢复原来形状的力，称为弹性力．弹性力产生的先决条件是弹性形变，弹性力的大小取决于形变的程度．弹性力的表现形式有很多种，常见的弹性力有：弹簧被拉伸或压缩时产生的弹簧弹性力；绳索被拉紧时产生的张力；重物放在支承面上产生的正压力（作用于支承面）和支持力（作用于物体上）等．

3．摩擦力

两个相互接触的物体沿接触面相对滑动时，或者有相对滑动的趋势时，在接触面之间会产生一对阻止相对运动的力，叫做摩擦力．相互接触的两个物体在外力作用下，有相对滑动的趋势但尚未产生相对滑动，这时的摩擦力叫静摩擦力．相对滑动的趋势是指，假如没有静摩擦，物体将发生相对滑动，正是静摩擦的存在，阻止了物体相对滑动的出现．静摩擦力沿接触面作用并与相对运动趋势方向相反．静摩擦力的大小视外力的大小而定，介于零和最大静摩擦力fs之间，实验证明，最大静摩擦力正比于正压力N

叫做静摩擦系数，它与接触面的材料和表面状况有关．

当外力超过最大静摩擦力时，物体间产生相对滑动，这时的摩擦力叫做滑动摩擦力．实验证明，滑动摩擦力fk也与正压力N成正比

叫做滑动摩擦系数，略小于，它不仅与接触面的材料和表面状况有关，还与两接触物体的相对速度有关．在相对速度不是很大时，可近似为常数，在一般计算中，可近似认为和相等．

以上介绍了几种常见力的特征，在日常生活和工程技术中，遇到的力还有很多种，但就其本质而言，它们可归结为四种基本力——万有引力、电磁力、强力、弱力．各种力都是这四种基本力中的一种或几种的综合表现．

万有引力前面已有介绍．电磁力是电场力和磁场力的统称，静止电荷之间存在电场力，运动电荷间除了电场力外还存在磁场力，按照相对论理论，磁场力实际上是电场力的一种表现，即磁场力和电场力具有同一本源，因此统称为电磁力．由于分子和原子都是由电荷组成的系统，它们之间的作用力就是电磁力．中性分子或原子虽然正负电荷数量相等，但它们之间也有相互作用力，这是因为它们内部正负电荷有一定的分布，对外部电荷的作用并没有完全抵消，所以仍显示有电磁力作用．前面介绍过的相互接触的物体之间的弹性力、摩擦力，以及气体压力、浮力、黏结力等都是原子或分子之间作用力的宏观表现，从根本上来说都是电磁力．强力和弱力都是微观粒子间的相互作用力，它们的作用范围（力程）很小，属于短程力．强力是存在于质子、中子、介子等强子之间的将原子核内的质子、中子紧紧束缚在一起的作用力．弱力仅在粒子间的某些反应中（如β衰变）才显示出它的重要性．

表2.1给出了四种基本力的比较．

表2.1　基本力的比较

*力的相对强度是在力的范围内由基本粒子之间力的数值来计算的，在相对强度的标度上取强力为1．