[工学]第二章 牛顿定律1012.ppt

则 S系： S’系： S’系中牛顿定律不适用， 所以S’系是非惯性系 即相对已知惯性系做加速运动的参考系都是非惯性参考系。 S’系相对S系以加速度 运动 2-6 非惯性系与惯性力 一个参考系是否是惯性系可通过实验来检验。 若 （假定为惯性系） 哪些参考系可视为是惯性系呢？ 严格而言，地球和太阳都不是精确的惯性系。 一.非惯性系 设参考系 S? 相对参考系 S 以速度 平动 地球公转的向心加速度 约为 5.9×10-3 m/s2 ； 地球表面赤道处由地球自转造成的向心加速度为 3.4×10-2 m/s2 ; 太阳系以约 3×10-10 m/s2 的向心加速度随银河系旋转。 目前最好的惯性系： FK4系 是由1535个恒星平均静止位形 作为基准的参考系 稍好点的惯性系： 太阳 一般工程上可用的惯性系 地球(地心或地面) 二.非惯性系中的惯性力 牛顿定律仅适用于惯性系， 但是: ?有些问题必须要在非惯性系中研究； （比如: 在加速的车厢参考系中作实验 在加速的电梯参考系中作实验） ?有时非惯性系中研究问题较为简单。 能否作些修改,在非惯性系中形式上 应用牛顿定律? 地面上看行进着的车， 车轮边缘一点的运动 ------ 摆线； 行进着的车厢里看， 车轮边缘一点的运动 ------ 圆。 办法是：在分析受力时，只需加上某种 “虚拟”的力（称为惯性力） G FN (一). 平动加速参考系中的惯性力 1. 选地面作参考系 小球保持静止 , 符合牛顿定律； 2. 选车厢作参考系 小球向观察者运动, 加速度为 质量为 m 的小球放在车厢内光滑桌面上，小车由静止开始加速运动。 甲 乙 牛顿定律在该参考系中不适用——非惯性系 牛顿定律在该参考系中适用——惯性系 G FN 乙 大小为 方向与 相反 平动加速参考系中: 形式上牛顿第二定律仍成立 式中: 是物体受的真实合外力； 是惯性力； 是物体相对于非惯性系的加速度。 是非惯性系本身的加速度 在非惯性系中列牛顿方程时， 应在受力一侧加上惯性力！ 在非惯性系中 即 惯性力: 在非惯性系中 : 人为引入的一种虚拟力称为惯性力 。 (二). 转动参考系中的惯性力 ?1 ?2 拉力 T 为向心力， 对地面观察者1： 对圆盘上的观察者2： 物体 对圆盘相对静止， 还须受一附加力-----惯性离心力。 物体m以角速度ω随圆盘匀速转动，台面光滑。 惯性离心力 例 2-6 旋转液面的形状 解: 取桶为参考系, 建立直角坐标系, 在液面上取一质元 平衡状态时 （1） （2） （3） 由上面三式可得 两边积分得 （水面为旋转抛物面） 一桶水以角速度 绕自身的铅直轴旋转,求水面的形状。 严格地说，重力并非物体所受的地球的引力 重力和纬度的关系： 重力（称为视重）并非地球引力，而是引力和惯性离心力的合力 由于地球自转，地面物体会受到惯性离心力的作用。 将有关常量代入,可得 其中 此比值较小，所以常常不考虑 例. 在高为 h 的岸边，绞车以恒定速率 vo 收拖缆绳使船 靠岸。求当船头与岸的水平距离为 x 时船的速度与加速度。 h vo x y B x r o 解： 船 B 的位矢为： 速度 加速度 结论：1）船作变加速直线运动。 2）船速大于绳速 B O h L L` ΔX 定性分析：绳速 船速 第2章牛顿运动定律 本章内容： 2-1 牛顿运动定律 2-2 物理量的单位和量纲 2-3 几种常见的力 2-4 应用牛顿定律解题 2-5 惯性系与力学相对性原理 2-6 非惯性系与惯性力 恩格斯说：“牛顿由于发现了万有引力定律而创立了天文学，由于进行光的分解而创立了科学的光学，由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学，由于认识了力学的本性而创立了科学的力学。” 牛顿(Isaac Newton, 1642―1727) 英国物理学家、数学家、天文学家，经典物理学的奠基人。 《自然哲学的数理原理》 牛顿运动定律 万有引力定律 2-1 牛顿运动定律 任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到其他物体对它作用的力迫使它改变这种状态为止。 一. 牛顿第一定律(惯性定律) 三个重要概念 惯 性 力 惯性系 —— 第一定律在其中成立的参考系。 静止或匀速直线运动状态(平衡状态) 某时刻质点动量对