2-1.4.5相对性原理非惯性系.ppt

伽利略相对性原理非惯性系 第二章 质点运动定理 物理学 * 时间与空间 　　在两个相对作直线运动的参考系中，时间的测量是绝对的，空间的测量也是绝对的，与参考系无关． 　　时间和长度的的绝对性是经典力学或牛顿力学的基础． 为常量 2.1.4 伽利略相对性原理 (2) 对于不同惯性系，牛顿力学的规律都具有相同的形式，与惯性系的运动无关 (1) 凡相对于惯性系作匀速直线运动的一切参考系都是惯性系． 伽利略相对性原理． 注意 在一个惯性系的内部，所有的力学实验都不能确定这个惯性系本身是处于静止状态还是在作匀速运动； 一切惯性系对力学定律来说是完全等价的，不存在任何一个比其他惯性系更为优越的惯性系； 还可以理解为，在惯性系中，牛顿定律都成立，具有相同的形式．那么可以推广为，一切惯性系中力学定律都取相同的形式 结论 力学规律在一切惯性系中具有相同的形式，因而是等价的 伽利略的相对性原理 2.1.5 非惯性系与惯性力 描述物体的运动，首先要选择参考系。如果问题只涉及运动的描述，那么可以依据研究问题的方便任意选取参考系。 但是，如果问题涉及到运动和力的关系，我们能否任意选择参考系呢？ 例子(1) ：站台上的小车 站台上停有一辆小车，相对于地面参考系来说，作用在小车上的合外力为零，小车加速度为零，这符合牛顿定律。如果以另一个加速起动的列车车厢为参考系来观察这辆小车，小车是向列车车尾方向作加速运动，此时小车受力情况没有改变，所受合力仍然为零，却有了加速度，这违背了牛顿定律。 一. 非惯性系 牛顿运动定律是否适用于所有的参考系？ 先设想有一辆静止的车厢，在车厢里的桌面上放一个小球。相对于车厢参考系(或相对于地面参考系)来说，小球保持静止，小球所受的合外力为零，符合牛顿运动定律。 现在设想车厢开始向右做加速运动，在车厢里观测，小球将向左做加速运动，而小球并没有受到其他物体的作用力，所受的合力仍为零。因此小球的运动状态与受力情况不相符，不符合牛顿第二定律。 但于如果以站在地面上的人来观测，车厢里桌面上的小球的是没有的运动，这与小球实际上没有受力是一致的，说明以地面作为参考系，牛顿运动定律是成立的。 例2 结论：用牛顿运动定律解动力学问题，参考系不能任意选择。 牛顿定律只有在惯性系参考系中才成立。 1. 惯性参考系：用牛顿第一定律定义的参考系，简称惯性系(inertial system)。在此参考系中，一个不受力作用的物体将保持静止或作匀速直线运动。 相对惯性系作加速运动的参照系是非惯性系 实际中所用到的近似惯性系 (1) 地面参考系：坐标轴固定在地面上的参考系。由于我们生活在地面上，地面是一个最常用的惯性系。但只能说地面是一个近似的惯性系，而不是一个严格的惯性系，因为地球有自转角速度： 由于地球的自转，地球上的物体有法向加速度，但地面上各点相对于地轴的法向加速度最大不超过 3.40×10-2 m/s2（在赤道上）。 (3) 太阳参考系：原点固定在太阳中心而坐标轴指向固定方向（以恒星为基准，如图所示）。太阳参考系相对地心参考系更严格些，但太阳还绕银河中心旋转： 太阳相对于银河系的法向加速度非常小（约1.8×10-10 m/s2） (2) 地心参考系：原点固定在地球中心而坐标轴指向空间固定方向。地心参考系相对地面参考系严格些，地球绕太阳公转的角速度： 地球相对于太阳系的法向加速度很小（约6.0×10-3 m/s2） 两个平动参考系之间，加速度变换: 设：S 系为惯性系， S’系为非惯性系（相对于 S 以加速度 a0 平动） 质点 m 在 S 系中满足牛二定律： 二. 惯性力 在S’系中，质点的加速度为a’ 1. 加速平动的非惯性系 在非惯性系 S’系中： 在非惯性系引入惯性力 虚拟力 表明：在非惯性系中，除了物体相互作用所引起的力以外，还有一种由于非惯性系而引起的惯性力，这样就能在形式上运用牛顿运动定律了。 或 在S’参考系中，合外力 ，牛顿第二定律不成立。 非惯性系中运用牛顿定律 物体相对于非惯性系（加速运动的车厢）加速度 物体在非惯性系中受到的作用力 物体在非惯性系中受到的惯性力 非惯性系中分析运动与受力 ●惯性力是一种虚拟力，它无施力者，故没有反作用力 ●平动非惯性系中的惯性力 仅与物体质量和非惯性系的加速度有关，而与物体的位置和速度无关．惯性力 表征了非惯性系本身加速度的属性 一个质量为m的物块A，在倾角为α的斜面楔上，斜面楔以加速度a相对地面向右运动．设斜面与物块A均光滑．求：（1）物块A相对于斜面的加速度；（2）斜面对物块A的压力． 例1 m A ? a Fi FN W ? x O m A ? y a?x 解： 以斜面为参考系，建立如图 坐标系（非惯