磁铁|磁铁吸在冰箱侧面几十年不掉下来,虽然不做功,但克服重力的能量从哪来?

要回答这个问题首先要了解 , 做功的概念 , 做功是能量由一种形式转化为另一种的形式的过程 。 做功的两个必要因素:作用在物体上的力和物体在力的方向上通过的距离 。 经典力学的定义:当一个力作用在物体上 , 并使物体在力的方向上通过了一段距离 , 力学中就说这个力对物体做了功 。 显然 , 磁铁在冰箱上有作用力 , 但是没有在力的方向上产生距离 。 因此不做功 , 也就不消耗能量 , 磁铁吸附在冰箱上是不耗能的 。
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再回答为什么磁铁不会掉下来 。 首看一下牛顿力学的三大定律 。
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牛顿第一定律:一切物体在没有受到力或合力为零的作用时 , 总保持静止状态或匀速直线运动状态 。
牛顿第二定律:物体在受到合外力的作用会产生加速度 , 加速度的方向和合外力的方向相同 , 加速度的大小与合外力的大小成正比 , 与物体的惯性质量成反比 。
牛顿第三定律:两个物体之间的作用力和反作用力 , 在同一条直线上 , 大小相等 , 方向相反 。
根据牛顿第一定律 , 磁铁静止不动 , 所以外力的合力为零 。 上图中 , 以磁铁为参照物 , 进行力学分析 , 水平方向 , 竖直方向合力都为零 。
F1为冰箱对磁铁吸引力 。 (牛顿第三定律)
F2为冰箱对磁铁的支撑力;(牛顿第三定律)
F3为磁铁自身的重力;
F4为冰箱对磁铁的静摩擦力(静摩擦力是两个相互接触的物体 , 当其接触表面之间有相对滑动的趋势 , 但尚保持相对静止时 , 彼此作用着阻碍相对滑动的阻力 , 这种阻力称为静滑动摩擦力 , 简称静摩擦力)
由于F1=F2,F3=F4,因此磁铁静止不动 。 因此只要磁铁的磁性稳定 , 就不会掉下来 , 这个过程中不做功 , 不消耗能量 。
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