21牛頓定律力學(xué)相對(duì)性原理慣性力

第二章牛頓定律“IfIhaveseenfurther,itisbystandingupontheshouldersofGiants”——IsaacNewton

LOGO內(nèi)容目錄1.牛頓力學(xué)三定律及其應(yīng)用3.非慣性系、慣性力2.慣性系、力學(xué)相對(duì)性原理1643.1.4.出生于英格蘭林肯郡；1661.6.進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院，師從巴羅教授；1665年，由于倫敦流行鼠疫，牛頓回到家鄉(xiāng)農(nóng)場(chǎng)1686年，寫出《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，標(biāo)志著牛頓生平簡(jiǎn)介住了18個(gè)月，發(fā)明了微積分，發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力；經(jīng)典力學(xué)體系建立，是物理學(xué)發(fā)展的第一個(gè)里程碑；牛頓生平簡(jiǎn)介“自然及其規(guī)律隱藏在黑暗中，上帝說(shuō)：‘讓牛頓去吧’于是一切都豁然明朗！”

[英]A.Pope1689年，作為劍橋大學(xué)教授代表當(dāng)選為議員進(jìn)入1696年，被任命為皇家造幣廠督辦，1699年任廠長(zhǎng)；1702年起，年年當(dāng)選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)；牛頓生平簡(jiǎn)介國(guó)會(huì)；1705年，被封為爵士；1704年，另一部重要著作《光學(xué)》出版；1727年，牛頓在睡眠中去世。牛頓生平簡(jiǎn)介牛頓生平簡(jiǎn)介1.古希臘自然哲學(xué)與意大利、英國(guó)和法國(guó)的實(shí)驗(yàn)科學(xué)結(jié)合；2.把開普勒（專注于天文學(xué)研究）和伽利略（著重于地面運(yùn)動(dòng)的研究）融合起來(lái)；3.把歸納法（以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，英國(guó)哲學(xué)家培根）和演繹法（數(shù)學(xué)家笛卡爾）結(jié)合起來(lái)；4.哲學(xué)的推理法則：簡(jiǎn)單性原理，因果性原理，統(tǒng)一性原理和真理性原理.“哲學(xué)的全部任務(wù)看來(lái)就在于從各種運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象來(lái)研究各種自然之力，而后用這些力去論證其他現(xiàn)象。”一.牛頓力學(xué)三定律(Newton’sthreelawsofMechanics)1.牛頓第一定律當(dāng)時(shí)，恒矢量（3）數(shù)學(xué)表示：（1）慣性（inertia）,慣性定律（2）力：改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因任何物體在不受任何外力的作用下，總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。（4）通過思想實(shí)驗(yàn)（伽利略）得到2.牛頓第二定律（1）動(dòng)量為的物體，在合外力的作用下，其動(dòng)量隨時(shí)間的變化率應(yīng)當(dāng)?shù)扔谧饔糜谖矬w的合外力。（2）當(dāng)時(shí)，直角坐標(biāo)系自然坐標(biāo)系力的疊加原理（3）具有瞬時(shí)性、矢量性、疊加性一.牛頓力學(xué)三定律3.牛頓第三定律兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力，總是同時(shí)在同一條直線上，大小相等，方向相反。一.牛頓力學(xué)三定律（1）同種性質(zhì)；（2）不能抵消。1.萬(wàn)有引力二.幾種常見的力引力常數(shù)m1m2r3.摩擦力滑動(dòng)摩擦力最大靜摩擦力靜摩擦力≤2.彈性力彈簧彈性力——胡克定律張力繩子上各處的張力相等嗎？壓力、支持力三.牛頓力學(xué)定律的應(yīng)用基本解題步驟：（1）隔離物體；（2）受力分析；（3）選取坐標(biāo)；（4）求解方程。基本方法：隔離物體法例1.如圖長(zhǎng)為的輕繩，一端系質(zhì)量為的小球，另一端系于定點(diǎn)，時(shí)小球位于最低位置，并具有水平速度，求小球在任意位置的速率及繩的張力．變力作用問題選取任一時(shí)刻（而不是一個(gè)特殊時(shí)刻）進(jìn)行受力和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析已知運(yùn)動(dòng)的初始條件，則根據(jù)牛頓定律便可預(yù)言物體在任意時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（微積分求解）例2質(zhì)量為的小球從距離水平面高處以速度沿水平方向拋出，小球受到空氣阻力為小球的速度，為常量，求小球的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。變力作用問題選取任一時(shí)刻（而不是一個(gè)特殊時(shí)刻）進(jìn)行受力和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析已知運(yùn)動(dòng)的初始條件，則根據(jù)牛頓定律便可預(yù)言物體在任意時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（微積分求解）四.牛頓定律的適用條件1.慣性系太陽(yáng)—恒星參考系地心—恒星參考系地面參考系牛頓運(yùn)動(dòng)定律只在慣性系中成立！相對(duì)于慣性系作勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系也是慣性系，相對(duì)于慣性系作加速運(yùn)動(dòng)的參考系是非慣性系。若在某參考系中，當(dāng)物體不受外力作用時(shí)，保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)，該參考系稱為慣性系。2.力學(xué)相對(duì)性原理在任一慣性系內(nèi)部做任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)，都不能確定該慣性系相對(duì)于其他慣性系是否在運(yùn)動(dòng).在不同的慣性系中，牛頓定律具有相同的形式.

物理規(guī)律都具有相對(duì)性原理?四.牛頓定律的適用條件!3.慣性力(InertialForce)在非慣性系中，牛頓第二定律可表示為：真實(shí)合外力慣性力非慣性系中物體的加速度四.牛頓定律的適用條件▲有些問題需要在非慣性系中研究，地面參考系，地球自轉(zhuǎn)加速度地心參考系，地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)加速度太陽(yáng)參考系，太陽(yáng)繞銀河系轉(zhuǎn)加速度為何還要在非慣性系中研究問題呢？理由：如重力和緯度的關(guān)系：F0rωmROF引P重力并非地球引力，而是引力和慣性離心力的合力。由于地球自轉(zhuǎn)，地面物體會(huì)受到慣性離心力的作用。為何還要在非慣性系中研究問題呢？理由：失重問題：在太空中繞地球自由飛行的飛船可以視為轉(zhuǎn)動(dòng)的非慣性系，（有地球引力引起的指向地心的加速度），其中物體所受的引力被慣性離心力完全抵消而出現(xiàn)失重。在那里物體可以真正做到“不受力”。在這樣的非慣性系中，反而能夠真正做到驗(yàn)證慣性定律。在飛船中幾個(gè)球可以在空中擺成一個(gè)圈例4.圖示系統(tǒng)置于的加速度上升的升降機(jī)中，A、B兩物體質(zhì)量相同均為m，A所在的桌面是水平的，繩子和定滑輪質(zhì)量均不計(jì)。若忽略滑輪軸上和桌面上的摩擦并不計(jì)空氣阻力，則繩中張力為（）AB1.天體引潮力五.其它慣性力地球月亮漲潮落潮月球?qū)Φ孛嫔虾Ｋ囊绷β涑睗q潮月月日地地大潮小潮大潮與小潮日由于引力不均勻（有引力梯度）引起潮汐。錢塘江大潮引潮力常觸發(fā)地震，地震常發(fā)生于陰歷初一、十五附近（大潮期）。1976.陰7.2,唐山1993.陰8.15,印度1995.陰12.17,神戶2001.陰2.1,四川雅江如：2001.陰2.2,印尼●使月球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)周期最終達(dá)到一致。影響：●使地球自轉(zhuǎn)變慢。由植物年輪，珊瑚和牡蠣化石生長(zhǎng)線判斷：3億年前，一年約400天。五.其它慣性力一個(gè)科里奧利力.一般情況下，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)參考系運(yùn)動(dòng)物體除受慣性離心力外，中，都還要附加總慣性力：2.科里奧利力五.其它慣性力（1）使赤道附近的信風(fēng)北半球風(fēng)向右偏轉(zhuǎn)，南半球向左偏轉(zhuǎn);（2）強(qiáng)熱帶風(fēng)暴漩渦的形成；（3）北半球河流右側(cè)被沖刷的更厲害；鐵路的右側(cè)軌道磨損大；（4）落體偏東。北半球的臺(tái)風(fēng)薔薇南半球的強(qiáng)烈熱帶氣旋Jaya由于地球自轉(zhuǎn)引起的科里奧利力效應(yīng)北半球的科氏力信風(fēng)的形成五.其它慣性力1851，巴黎偉人祠，擺長(zhǎng)67m，擺錘28kg，擺平面轉(zhuǎn)動(dòng)頂視11223擺平面轉(zhuǎn)動(dòng)周期北京，巴黎，這是在地球上驗(yàn)證地球轉(zhuǎn)動(dòng)的著名的實(shí)驗(yàn)。地球傅科擺例5.質(zhì)量為M的斜面置于光滑水平面上，質(zhì)量為m的物體沿光滑斜面自由下滑，試求：斜面相對(duì)于地面的加速度和物體相對(duì)于斜面的加速度。Mmθ非慣性系中牛頓定律的應(yīng)用例6.如圖所示，設(shè)物體沿著光滑圓形軌道下滑，在下滑過程中，下面哪種說(shuō)法是正確的？（1）物體的加速度始終指向圓心；（2）物體的速度均勻增加；（3）物體所受合外力大小變化，但方向始終指向圓心；（4）軌道的支持力大小不斷增加。今日作業(yè)2–8,2–14,2–16,2–20,2–26