非接触力的类型及其传递的方式

我们做学生时，对力的理解无非就是力的三个要素:力的大小，方向和作用点例如:水平地面上放置一个箱子。当我们用手推箱子时，箱子就受到了向右的力F。我们可以以箱子为研究对象，对箱子进行受力分析。 为了简便分析箱子的受力情况，我们简单地认为箱子的受力点在其重心。 在水平方向上:箱子受到向右的推力F，向左受到地面对箱子的摩擦力f。 在垂直方向上: 箱子受到向下的重力G，向上受到地面对箱子的支持力N。 当推力F大于摩擦力f时，箱子就会在水平方向上向右做加速直线运动；当推力F等于摩擦力时，箱子就会保持静止状态。 这个我们很容易理解，但自然界中，不但只有接触产生的力，而且还有非接触产生的力。例如，磁力，电磁力，静电力，强核力和万有引力等等。 - 磁力是我们常见的非接触力的类型。其典型的代表就是磁铁，六十，七十年代出生的苦逼对此会非常熟悉。拆掉父亲的收音机，喇叭后面就是一个磁铁——俗称吸铁石的就是它。 如果我们把磁铁放置于沙砾中搅拌，其表面就会吸附大量的铁屑；如果我们把两个磁铁相互靠近，就有相互吸引或相互排斥。 现代的科技已经非常发达，对磁铁的研究也非常全面，总而言之，磁铁具有以下性质。 一，磁铁的周围存在着磁场。 二，磁铁同极相斥，异极相吸。 三，磁铁能产生电磁感应现象。 现在我们分别介绍磁铁的三个性质。 磁铁周围存在着磁场。虽然，我们感觉不到磁场，但我们可借助一些工具来观察研究。如果我们把磁铁的周围撒满小铁屑，这些铁屑的排列就会是有规则的。如果我们放一些小磁针在磁铁的周围，我们就会发现，小磁针的北极——N极会具有一定的指向。即小磁针北极的指向是磁力线切线方向。 如果我用一条条闭合的实线——磁力线代表磁铁的磁场，那么，磁铁外部的磁力线就会从磁铁的北极（N）出发，到磁铁的南极（S）结束，而磁铁的内部的磁力线则相反。并且磁力线的密度和离磁铁的距离成减函数的关系。 磁铁的第二个性质是同极相斥，异极相吸。这个我们非常容易理解，就是如果我们把两个磁铁的N极靠近就会产生斥力，把它们的N_S或S_N相互靠近，就会产生吸引力。这是因为磁场是具有方向性的，也很好理解。 磁铁的这两个性质被人们得到了很好的利用。我们知道，地球就是一个大磁铁，它的周围也存在着磁场。在地球表面的磁铁的N极都会指向地球的磁极S。指南针的原理就是如此。我国是最早利用这一现象的国家。据《古矿录》记载最早出现于战国时期的河北磁山一带。用天然磁铁矿石琢成一个杓形的东西，放在一个光滑的盘上，盘上刻着方位，利用磁铁指南的作用，可以辨别方向，是现在所用指南针的始祖，成为中国的四大发明之一。司南的典籍是《鬼谷子·谋篇第十》：“故郑人之取玉也，载司南之车，为其不惑也。”北宋沈括的《梦溪笔谈》对指南针已有详细记载：“方家以磁石磨针缝，则能指南。” 磁铁的神奇的自然现象也会被不良商家利用，成为非法赚钱的工具。例如，八九十年代的磁疗杯，磁疗枕，磁疗床垫，505磁疗腰带，磁疗内裤等等磁疗产品。商家吹嘘可以治疗风湿，高血压，阳痿早泄等等功能。有些在央视315晚会上曝光过的。一个普通的杯子，下面扣一个环形磁铁，里面的水就成万能的良药啦——磁场只对铁，镍等金属起作用，对水是不起什么作用的，和其他地方的水功能是相同的——就是可以解渴。 我们在讨论磁铁相互吸引的时候，有没有想过，两者的速度由静止到运动，其动能是增加的，增加的动能应该是磁力所做的功。如果两者的质量分别为M1和M2，平均速率为V1个V2，移动的距离为S，则磁力所做的功等于两者动能的增加量。 FS＝½M1V1∧2+½M2V2∧2 我们是否想过，增加的能量来自哪里？如果我们把两个磁铁视为一个系统，它们的能量是增加的，因为两者的磁力并没因做功而减少。我们知道，宇宙间的能量是不会增加，也不会减少，它只会从一种能量形式转变为另一种形式，而总的能量守恒，这就是能量守恒定律。这明显违反了物质的能量守恒定律。关于这个问题，我们留一个悬念，等后面的章节再讨论。 磁铁的第三个性质是电磁感应现象。什么是电磁感应现象呢？所谓电磁感应现象就是是指闭合电路的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动，导体中就会产生电流的现象。它是1831年十月由英国物理学家法拉第（Michael Faraday）发现的。右电磁感应现象的发现在物理学史上具有很高的作用，它向我们展示了宇宙间的机械能向电能转换的渠道，完整的诠释了能量守恒定律。有人评价说：“这一发现进一步揭示了电与磁的内在联系，为建立完整的电磁理论奠定了坚实的基础”。我们的目的并非研究它的定律的计算，公式的指定，但我们可以用右手定则来判断闭合电路电流的方向。右手定则简单展示了载流导线如何产生一个磁场，伸开右手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把右手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心（即手心正对磁场N极方向），大拇指指向导体运动的方向，那么其余四个手指所指的方向就是感应电流的方向。 人们根据电磁感应现象发明了发电机，有了发电机，我们就可以建造火电厂，水电厂，核电厂。有了电，漆黑的夜里可以有万家灯火，当农田缺水时，可以用潜水泵浇水，涝时排水。 全世界的水电站很多，像中国的三峡水电站，巴西伊泰普水电站，委内瑞拉的古力水电站，巴西图库鲁伊水电站，美国大古力水电站，俄罗斯的萨扬舒申斯克水电站，加拿大纽芬兰省丘吉尔水电站，埃及的阿斯旺水电站，其中规模最大，发电量最大，非我大中华的三峡水电站莫属。 我们在学物理的时候，总是发现一些物理现象可以为我们所用，而不能说明该现象的成因，本质。我们不禁要问，为什么这样啊？同样，我们也可以对电磁感应现象这样问：“为什么啊”。 虽然我们不能解释磁铁的本质，但我们可以这样认为，磁铁的内部结构必然与众不同，灵巧的结构与外部的因素相结合就会形成磁铁的所有现象，至于什么外部的因素，我们要以后再讲。