大學(xué)物理-力和運(yùn)動 1-3

1、一、相對運(yùn)動 在兩個相對作直線運(yùn)動的參考系中， 時間的測量是絕對的，空間的測量也是絕對的， 與參考系無關(guān)， 時間和長度的的絕對性是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ) 。AB 小車以較低的速度 沿水平軌道先后通過點(diǎn) A 和點(diǎn) B 。地面上人測得車通過 A、B 兩點(diǎn)間的距離和時間與車上的人測量結(jié)果相同 。1-3 相對運(yùn)動 常見力和基本力2022/7/291物體運(yùn)動的軌跡依賴于觀察者所處的參考系2022/7/292*速度變換質(zhì)點(diǎn)P的位移關(guān)系P設(shè)兩個參考系之間的相對運(yùn)動為平動S 系 系 2022/7/293 伽利略速度變換若則 注意當(dāng) 接近光速時，伽利略速度變換不成立！加速度關(guān)系絕對速度相對速度牽連速度2022/7/29

2、4 例，如圖示，一實(shí)驗(yàn)者 A 在以 10 m/s 的速率沿水平軌道前進(jìn)的平板車上控制一臺射彈器，此射彈器以與車前進(jìn)方向呈 度角斜向上射出一彈丸 。此時站在地面上的另一實(shí)驗(yàn)者 B 看到彈丸鉛直向上運(yùn)動，求彈丸上升的高度 。A B由速度變換關(guān)系，得解：設(shè)地面參考系為 S 系 平板車參考系為 系2022/7/295彈丸上升高度為解：設(shè)地面參考系為 系，平板車參考系為 系A(chǔ) B2022/7/296物體間各種不同的相互作用，構(gòu)成了千變?nèi)f化的物質(zhì)世界，這些作用常被叫做力。物體間的相互作用是多方面的（如電、光、熱等），力是從一個方面反映了這種相互作用。任何力一定有施力物體和受力物體。力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的根

3、源。一是改變物體的運(yùn)動狀態(tài)；二是改變物體的形狀。力有兩種對外表現(xiàn)二、常見力和基本力這樣，我們才有可能對力的性質(zhì)和量值作進(jìn)一步的研究。2022/7/297亞里士多德（古希臘思想家）運(yùn)動必須推動伽利略：力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因牛頓：三大運(yùn)動學(xué)定律人類對力的認(rèn)識的發(fā)展史：2022/7/2981、常見的力 重力；彈力；摩擦力；萬有引力（1）重力地球?qū)Φ厍虮砻娓浇矬w的引力大?。簃g方向：豎直向下重力加速度的應(yīng)用：用于重力探測法。 (若g值異常，則地球附近存在大量礦藏)2022/7/299（2）彈力發(fā)生形變的物體，由于要恢復(fù)原狀，對與它接觸的物體會產(chǎn)生力的作用，這種力叫彈力。特點(diǎn)：直接接觸、產(chǎn)生形變?yōu)?/p>

4、前提表現(xiàn)形式：正壓力(支承力) 拉力 恢復(fù)力2022/7/2910正壓力： a.定義：兩個物體通過一定面積的相互擠壓而發(fā)生 形變所產(chǎn)生的彈力。 b.方向：垂直于接觸面而指向?qū)Ψ?。燈塔和地面之間存在的正壓力2022/7/2911 繩和物體之間的拉力拉力： a.定義：繩線在拉物體時發(fā)生伸長形變而產(chǎn)生的彈力。 b.方向：沿著繩線指向繩線收緊的方向。 c.大?。喝Q于繩線收緊的程度。 恢復(fù)力： a.定義：彈簧被拉緊或壓縮時，它對與之相連的 物體所產(chǎn)生的彈力。 b.方向：使彈簧恢復(fù)原狀的方向。 c.大?。河苫⒖硕山o出鄭玄，東漢思想家。2022/7/2912虎克定律的表達(dá)式： ； k 為彈簧的彈性系數(shù)；

5、 負(fù)號表示彈力的方向與彈簧的 位移方向相反；適用范圍：彈簧處于彈性限度之內(nèi)。虎克定律（3）摩擦力兩個相互接觸的物體沿接觸面相對運(yùn)動時，或者有相對運(yùn)動趨勢時，在接觸面之間產(chǎn)生一對阻止相對運(yùn)動的力。分類：靜摩擦力 fs=sN 滑動摩擦力 fk=kN 一般情況 sk 并且它們一般都小于12022/7/2913 靜摩擦力：定義：相互接觸的物體在外力作用下，只有相對運(yùn)動 的趨勢而沒有相對運(yùn)動時的摩擦力。最大靜摩擦力: ;( 為靜摩擦系數(shù),N正壓力)方向：與物體相對運(yùn)動趨勢的方向相反。 的影響因素：a.接觸面的材料； b.接觸面的表面狀況。靜摩擦力的范圍：BA靜摩擦力示意圖2022/7/2914滑動摩擦力

6、：定義：當(dāng)外力超過靜摩擦力時，物體間產(chǎn)生了相對運(yùn)動，此時的物體所受到的摩擦力。滑動摩擦力: ;( 為滑動摩擦系數(shù),N正壓力)方向：與物體間相對運(yùn)動的方向相反。 的影響因素：接觸面的材料； 接觸面的表面狀況； 物體的相對速度。(隨V增大而減小) 與 的比較：a. ； b.一般計算時 ；2022/7/2915BA滑動摩擦力示意圖流體阻力一個物體在流體（液體或氣體）中和流體有相對運(yùn)動時，物體會受到流體的阻力。流體阻力的方向和物體相對于流體的速度方向相反，其大小和相對速度的大小有關(guān)。相對速度較小時 fd=Kv2022/7/2916（4）萬有引力存在于任何兩個物體之間的吸引力，規(guī)律是牛頓發(fā)現(xiàn)的。式中被稱

7、為引力質(zhì)量式中G叫做萬有引力常量 G=6.6710-11N.m2/kg2 重力：重力是地球表明附近物體所受的地球的引力，即物體與地球之間的萬有引力。2022/7/2917粒子之間的萬有引力 ：10-34 N (相鄰粒子)人與人之間的萬有引力：10-7 N (相隔1m)2、基本力 近代物理證明，自然界中各種力就其本質(zhì)而言，都來自四種基本力。 （1）萬有引力 （2）電磁力存在于靜止電荷和運(yùn)動電荷之間的力稱為電磁力。特點(diǎn)：電磁力有引力，也有斥力，比萬有引力強(qiáng)大得多。擠壓力、拉力、彈簧彈力等都是相鄰原子或分子之間的作用力的宏觀表現(xiàn)，而原子或分子都是由電荷組成的，因此它們基本上都是電磁力。k=9 109

8、Nm2/C22022/7/2918（3）強(qiáng)力（4）弱力在亞微觀領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)的，它很小、而且是短程力。在亞微觀領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)在核子、介子、超子之間存在強(qiáng)力。強(qiáng)力比電磁力更強(qiáng)，是短程力，作用范圍小。 是核力的一種，它僅在某些類型的核過程中起重要作用，例如，放射性物質(zhì)的衰變中，核將自行分裂成幾部分，弱力使質(zhì)子產(chǎn)生放射性衰變（衰變）。兩個相鄰質(zhì)子間的弱力大約為102 N。把原子核內(nèi)相互排斥的各質(zhì)子以及中子約束在一起形成原子核的力稱為強(qiáng)力。因?yàn)楹藘?nèi)質(zhì)子核中子被限制在原子核（線度為1015 m）這樣很小的區(qū)域內(nèi)，質(zhì)子間排斥力非常強(qiáng)大，約束它們的核力也就非常強(qiáng)大，故以強(qiáng)力相稱。兩個相鄰質(zhì)子間的弱力大約為104 N。2022/7/2919基本力的比較種類相互作用舉例力程相對強(qiáng)度萬有引力恒星結(jié)合在一起形成銀河系無限遠(yuǎn)1038電磁力電子與原子核結(jié)合形成原子核無限遠(yuǎn)102強(qiáng)力各質(zhì)子和中子結(jié)合形成原子核1015 m1弱力放射性原子核的衰變1017 m1062022/7/2920物理學(xué)家的目標(biāo)： 四種力可否從一種更基本、更簡單的力導(dǎo)出? 各種力是否能統(tǒng)一在一種一般的理論中?已做和待做的工作： 20世紀(jì)20年代，愛因斯坦最早著手這一工作。 最初是想統(tǒng)一電磁力和引力， 但未成功。 弱、電磁力統(tǒng)一：1967年格拉肖、