我们知道,加速度a是一个矢量,是速度矢量随时间变化的快慢,那么a的绝对值越大,则说明速度变化越快。在直线运动中其正负代表速度的增大或者减小。那么,下面我们看寒门公式F-μmg=μma在减速运动中是否成立。
假设一个物体在水平桌面上滑行,我们知道,运动的物体由于惯性在撤消动力后仍要继续前行一段距离。比如已经被推动的物体尽管不再受到推力或者拉力仍可以滑行。显然,物体这时滑行的加速度和摩擦有关,摩擦因数越大,物体越容易停下来(即a的加速度越大)。如果寒门公式能适用于这种减速的情况,那么因为F=0,则a=-g是一个定值!也就是说,无论摩擦因数怎么样变化,物体减速的加速度都不会发生变化。可是,为什么同一物体(同样初速度)撤消拉力后在沙地上就容易停下而在冰面上就不容易停下来呢?是因为寒门公式本身就是错误的还是因为不适用于撤消拉力后的减速情况?如果属于后者,那么减速情况的寒门公式又应该是什么形式呢?
下面我们按照牛顿运动定律来研究,按照牛顿定律,此时的动力学方程为-μmg=ma,即a=-μg!可见,μ越小,则a的绝对值越小,说明速度变化越慢!这和我们的生活经验起码在定性的程度上是符合的。
下面我们讨论为什么这个公式中没有m,也就是说为什么和m无关。我们说,所谓a和m成反比,一定是在合外力不变的条件下,则当m变化时,a和m成反比。那么在本问题中,摩擦力(这里因为只涉及摩擦力,那么摩擦力就是合力)本身和m成比,而加速度又等于摩擦力和质量的比,因此结果和m无关。动力学中类似的情况也出现在只有重力的自由落体运动中。自由落体运动加速度等于重力和质量的比,而重力又和质量成正比(在同一地点),那么自由落体加速度的结果自然和m无关了。
我在本文第二段末尾提出的问题希望寒门早日给予回答。