清华大学物理课件力学第2章运动与力PPT课件.ppt

1 2 △§2.1 牛顿运动定律 △§2.2 SI单位和量纲 △§2.3 常见的几种力 △§2.4 基本的自然力 §2.5 牛顿定律应用举例 §2.6 非惯性系中的动力学问题 第二章 运动与力 3 4 5 对牛顿定律的说明： 1. 牛顿定律只适用于惯性系； 2. 牛顿定律使用对象是质点。 一般物体可看 成质点的集合， 故牛顿定律具有普遍意义。 8 △§2.3 常见的几种力 （自学书第二章2.2节） △§2.4 基本的自然力 （自学书第二章2.3节） 9 §2.5 牛顿定律应用举例 m mg z r N 已知：桶绕 z 轴转动， 恒定， 水相对桶静止。 求：水面形状（z – r 关系） 解： ▲ 选对象（隔离体 ）： 任选表面上一小块水 m ； ▲ 看运动： m 作匀速率圆周运动， ▲ 查受力： · 10 ▲ 列方程： z 方向： r 方向： 几何关系： (1)(2)(3)得： 分离变量： 两边积分： 11 解得： （旋转抛物面） 则由旋转前后水的体积不变， 得： 设不旋转时水深为 h，桶半径为 R ， 有： 12 ▲ 验结果：  量纲分析： [] = T–1，[r] = L，[g] = LT–2 正确  特殊情形：  = 0，有 z = z0 = h， 正确  变化趋势： r 一定时，  (z-z0) ， 合理 注意：除动力学方程外，常需补充运动学方 程，或几何约束方程，如前面(3)式。 13 §2.6 非惯性系中的动力学问题 牛顿定律只适用于惯性系： 必须修改牛顿定律使之适用于非惯性系。 自然界不存在理想的惯性系： S ：牛顿定律成立 S ：牛顿定律不成立 地面参考系： 地心参考系： 太阳参考系： 对S 运动 对S 静止 S 14 一. 平动非惯性系中的牛顿第二定律 S ： 由 得 S ： 设：S 是惯性系， S 是平动非惯性系 （ S 系中牛II律不成立） 15 定义平移惯性力： 则在平动非惯性系 S 中有： — 平动非惯性系中的牛II定律 对平动非惯性系中的动力学问题，只要引入 平移惯性力，即可应用牛顿定律。 16 惯性力是由于参考系加速运动引起的附加力， 本质上是物体惯性的体现，不是物体间相互 作用力，没有反作用力，但有真实效果。 离敌舰 4000 码斜向攻击发射 4 枚使敌舰停航， 离敌舰 875 码垂直攻击发射 11 枚均未爆炸！ 【例】二战时期美国 Tinosa 号潜艇曾携带 16 枚鱼雷 在太平洋海域作战： S 分析： 近距、垂直  滑块受摩擦力大  雷管不能被触发  a0 大  F0 大 17 （1）M 系中观察， m 作速率为 v 的 匀速圆周运动。 M 自由下滑后，m 对地面的运动情况 分两步讨论： （2）M 对地作自 由落体运动。 m 对地面的运动是（1）、（2） 两种运动的叠加。 失重情况 m 【讨论】 M 系 18 【讨论】潮汐现象 问题： (1) 为什么潮汐同时在向月和背月侧发生？ 解释： 潮汐是由于引力分布不均匀引起 (2) 为什么月球对潮汐的影响比太阳大？ 引力分布不均匀 19 引潮力常触发地震， 大地震常发生于大潮期 （阴历初一、十五附近） 1976.阴7.2，唐山 1993.阴8.15，印度 1995.阴12.17，神户 2001.阴2.1，四川雅江 2001.阴2.2，印尼 2010.阴11.29，海地 2010.阴1.14，智利 20 太阳引起的潮高： 月亮引起的潮高： 一般情况下，hS 和 hM 是矢量相加的， 只有太阳、地球和月亮几乎在同一直线上时， 二者才是算术相加的。 21 【讨论】失重现象 在飞船中，为什么很容 易在空中把球摆成圆形？ 绕地球飞行的飞船，忽略自转影响后，可视 为平动非惯性系，其加速度正是绕地运动的 向心加速度。在飞船中，物体既受引力，也 受惯性力作用。飞船尺度相对小，其空间的 引力分布几乎均匀，这样引力被惯性力抵 消，从而出现失重现象 — 物体“不受力”。 可用这样的非惯性系来验证惯性定律。 22 【讨论】固体潮（形变）：  使月球自转和公转周期最终达到一致。  使地球自转变慢。  使接近大星体的小星体被引潮力撕碎。 化石生长线判断，3亿年前的1年约400天。 由植物年轮，珊瑚和牡蛎 23 【例】如图，求楔块加速度。 解： 设 m 对 M 的力为 N ： 惯性力： 在 M 参考系中分析 m 受力， M 参考系 法向平衡方程： 24 设 S 系相对惯性系 S 作匀速转动。 1. 物体 m 在 S 系中静止 S ： S： 则 二. 匀速转动非惯性系