參考課件力學(xué)第02章定律

PAGEPAGE4第二章力學(xué)基本定§2.1定§2.2§2.3§2.4物理是理論和實(shí)驗(yàn)高度結(jié)合的精確化科崇尚理性，又充滿邏輯推理和抽象思——的完備、自實(shí)驗(yàn)科學(xué)，定量科——可證實(shí)、可檢《物理學(xué)》(Arisotle,B.C.384~322)認(rèn)為二個(gè)重量不等最早這個(gè)看法的，并且做實(shí)驗(yàn)來(lái)否定的，并不是伽利略。在1586年，荷蘭的力學(xué)家西蒙史蒂(SimonStevin，1548~1620)就做了落體實(shí)驗(yàn)，并且在《論力學(xué)》中寫到：我們拿二個(gè)球，其中一個(gè)比另一個(gè)重十倍。我們把他們從30英尺的高度同時(shí)丟下來(lái)，落在一塊木板或者是什么會(huì)發(fā)出清晰聲響的東西上面，我們發(fā)現(xiàn)，輕的球所花的時(shí)間并不是重球的十倍，而是當(dāng)它們落地時(shí)，它們發(fā)出聽起來(lái)就像是一個(gè)聲音一樣。那到底有沒(méi)有人在比薩斜塔上做過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)？根據(jù)個(gè)實(shí)驗(yàn)的。？二者并沒(méi)有同時(shí)到達(dá)地面。伽利——伽利略(GalileoGalilei1564-伽利略第三個(gè)重大貢獻(xiàn)是提出“相對(duì)性原理”。伽利略的“相對(duì)性原理

7和他的《自然哲學(xué)的數(shù)（MathematicalPrinciplesofNatural1687年，了《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》在這本書中，把伽利略“地上的”物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，與勒“天上的”星球運(yùn)動(dòng)規(guī)律天才地統(tǒng)起來(lái)，建立了力學(xué)（也稱經(jīng)典力學(xué)或古典力學(xué)）的完整。1664 就完成了草2.1定第一定律(慣性定律慣性定律成立的參考系，稱為慣性參考系，簡(jiǎn)稱慣性系地面參考系近似為慣性 第二定律F“通用”中的討論對(duì)質(zhì)量和力進(jìn)量。質(zhì)量m的度量值相 ——質(zhì)量的標(biāo)量F

力因而是矢1 F1 m實(shí)為兩質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的封閉系統(tǒng)的動(dòng)量守第三定律與對(duì)稱性有關(guān)。與兩質(zhì)點(diǎn)相聯(lián)系的物理性質(zhì)有軸對(duì)稱性，因

F1和F2方向必沿軸線。由左右對(duì)性得出F1幾點(diǎn)說(shuō)明(1)建立起世界上第一個(gè)系統(tǒng)的科學(xué)理論，統(tǒng)一說(shuō)明天上、物體運(yùn)動(dòng)。是了不起的偉大成就。將物體間復(fù)雜多樣理論地位，三定律為一完整的整體，為經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)。以此為基礎(chǔ)，通過(guò)形式邏輯和數(shù)學(xué)分析的方法，建立了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧W(xué)公理化體系，如圖經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)，故經(jīng)典力學(xué)又稱力學(xué)。適用范圍：宏觀物體，低速運(yùn)成立條件：慣性系中成解題方法為體例1f的大小與速度大小成正比，方向與速度方向相反，即f=-k為常數(shù))。試求質(zhì)點(diǎn)速度和加速度隨時(shí)間的變化。設(shè)質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量為m解：受力分析及坐標(biāo)選取如圖，根據(jù)定律列方m

dk kt

k

k同乘 em

em

導(dǎo)數(shù)運(yùn)算定

d kt em

kdt 分離變量積

kem

k

kem

初條件為，t=0，0

C1

1

k

k

ge討論：一、若忽略空氣阻力，即k0，應(yīng)用級(jí)數(shù)ex1

km

mg1

kt

即為熟知的自由落體運(yùn)動(dòng)依此t，討論：二、如實(shí)考慮阻力，即本題情，t0時(shí) ，t

mg,

d視為恒定不變的重力與不斷增大的阻力平衡的結(jié)果，即方程d

k直接得

k討論：三、實(shí)際背若無(wú)阻力，雨滴、冰雹等從2000210210與速度同量級(jí)，真可謂“槍林彈雨”，其后果……然而，如實(shí)考慮阻力，~6m/s，即存在“極限速度”或“收尾度”，才有今天跳傘。傘塔高100米，空身跳，即便有阻力，則45m/s，傷人以至，“游戲”加50m2的降落傘，則~5m/s，安R2=50，R=4m的圓降落傘L7m的方降落傘

GM地

GM地m

2h R

R2 R彈性力：彈簧、正壓力、支持力等——vv

F f

f彈性力、壓力、拉力、支持力、摩擦力等都是電磁相互作用的宏觀表現(xiàn)作用強(qiáng) 作用力 弱相互作 電磁相互作 引力相互作 10-

任何兩質(zhì)點(diǎn)間都存在著相互，其大小與質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)乘積成正比，與兩質(zhì)點(diǎn)間的距離的平方成反比，力的方向沿著兩質(zhì)點(diǎn)的連線，即F

r引力常數(shù) r r

m1m2er2

m1m2rr3注意：上式只對(duì)“質(zhì)點(diǎn)”有效，否則

無(wú)定義但實(shí)際物體總有一定大小，計(jì)算引力還是用到“點(diǎn)模型”思路：分割質(zhì)點(diǎn)力求和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)

推 萬(wàn)有引力定蘋果砸中是美麗萬(wàn)有引力手稿揭回憶錄的作者威廉·斯蒂克利的手稿證明，被蘋果砸傷從而獲得萬(wàn)有引力定律的靈感系美麗的，事實(shí)并非萬(wàn)有引力的性質(zhì)點(diǎn)M受到多個(gè)質(zhì)點(diǎn)mi(i=1,2,…,n)的引力作用時(shí)，M受到的總的引力是各質(zhì)點(diǎn)單獨(dú)F1

2.=在地面附近下落的質(zhì)量為m的物體受力FGr2

m引根據(jù)第二定律，物體的加速度滿足Fm慣通常認(rèn) 隱含了一個(gè)概念

m引力質(zhì)量是物體引力屬性的量度，反映物慣性質(zhì)量是物體慣性的量度，反映物體對(duì)3.等同性的實(shí)驗(yàn)證設(shè)慣性質(zhì)量分別為mA和mB的兩個(gè)落的加速度分別為aA和aB，則有mA慣

GMemAr

mB慣

GMemBr

A慣mB慣

AmB的加速度g

aAaB

mAmA

mBmB②的單擺實(shí)mmglgT lg (A,

2mAmA慣mAmA

mBmBmBmB的實(shí)驗(yàn)達(dá)到×。經(jīng)過(guò)改進(jìn)，×，年達(dá)到×單擺周期與懸掛的質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量無(wú)關(guān)?，F(xiàn)宇宙中的準(zhǔn)慣性相對(duì)于慣性系作勻速直線運(yùn)動(dòng)的其他參照系都是慣性嚴(yán)格的慣性系是關(guān)于參照系的一種理想模幾種實(shí)用的慣性1、地面參考

3.4102m/s2 m/3、還繞中心角速度3

s1 日 m/4、FK4參考FK參考系是以選定的5顆恒星的平均靜止的位形作為基準(zhǔn)的參考系，是比以上三個(gè)參考系都嚴(yán)格的慣性系。力學(xué)對(duì)參考系的要求——慣性系現(xiàn)實(shí)存在——非慣性在非慣性系中定律不再成第三定律不再成理論要 現(xiàn)實(shí)存 K系——非慣性水平圓盤以勻角速繞過(guò)圓心的垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，質(zhì)量m小球用長(zhǎng)度R的繩子與轉(zhuǎn)軸相連，“靜止”在圓盤上圓盤外(慣性系)的觀測(cè)者

mv2 R

m2R隨圓盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)的觀測(cè)者

F+Fi

m2RFiFim2R [例題]人站在臺(tái)秤上，處在有豎直加速度a的升降機(jī)里，試分析臺(tái)秤所受到的壓力隨加速度a的變化超重和失失重態(tài)與微重力科學(xué)實(shí)重力與緯度的關(guān) f-地球自傳的動(dòng)力學(xué)效f 地球上測(cè)得的物體的重力W是視在重力 表現(xiàn)重力是萬(wàn)有引力0與慣性離心力f的合力W0

f

W(視重)與緯度值有關(guān) R2比較大?。?/p>

cos 3.4103cos

1

R2

2

42

3.4102m/s2 0T T 前面已知R02=a0=3.410-2m/s2，且cos≤1，故f<<P0，即P0W大小和方向相差都不多，可寫W0f

cos

1

cos 自轉(zhuǎn)效應(yīng)，R極=6357km，R赤=6378km修正后W

1

cos2 兩極

重量最重量最其他處介于(0.99477—1)0=間重力“絕對(duì)測(cè)量”則有“貿(mào)易投機(jī)”但“相對(duì)測(cè)量”可免除。彈簧天平、桿77又有，地球質(zhì)量分布不均勻，即C，則有實(shí)測(cè)與上式計(jì)算的(從而g)不同。故可根據(jù)g的異常變化，間接了解密度分布，推測(cè)地質(zhì)構(gòu)造和礦藏情況——“物探”?！锢硖疆?dāng)當(dāng)一種附加的力科里奧利力(Coriolis)的作用?？评飱W利力示意FNWE?S?vv?科里奧利力演幾點(diǎn)說(shuō)慣性離心力沿徑向向外，無(wú)論質(zhì)點(diǎn)靜止還是運(yùn)動(dòng)都存在，與質(zhì)點(diǎn)速度無(wú)關(guān)?？评飱W利力與質(zhì)點(diǎn)速度有關(guān)，只要速度與角速度方向不線都存在科里奧利力和慣性離心力一樣，是由于將第二定律引用于非慣性系而引入的修正項(xiàng)，無(wú)施力者，但在非慣性參考系中，這一力也可以感受到、觀察到。傅科擺(JB.L——驗(yàn)證地球自轉(zhuǎn)的轟動(dòng)性實(shí)驗(yàn)感嘆：?jiǎn)螖[，如此簡(jiǎn)單的裝置，判定如此重要的事實(shí)1851年，巴黎祠，28kg，68m長(zhǎng)，簡(jiǎn)要說(shuō)明以北極=/2處實(shí)驗(yàn)為例方向西f科方向東f在北極處俯視，擺平面順時(shí)針?lè)较?4小時(shí)轉(zhuǎn)一圈，即俯視地球逆時(shí)針(西至東)自轉(zhuǎn)的證實(shí)。 其他處T例40

sin

，為緯天文館實(shí)測(cè)：37小時(shí)15l

好結(jié)果河岸沖刷與鐵軌磨兩個(gè)效應(yīng)：f科使得河水向右岸涌動(dòng)；右岸與水相互作用的真實(shí)力導(dǎo)致河岸被沖刷陡峭。河水受科氏力(慣性力為真實(shí)力

f科

結(jié)論：北半球，沿河水，右北半球火車由北向南，鐵軌西側(cè)受力信風(fēng)(貿(mào)易風(fēng) 北半 東北南半 東南據(jù)說(shuō)：古人利用信風(fēng)推動(dòng)帆船出海作生意—故稱貿(mào)易風(fēng)旋風(fēng)和旋(轉(zhuǎn))匯(聚)北半球澡盆渦旋逆時(shí)針南半 順時(shí)針不考慮科氏力時(shí)，水流徑直流向地漏。由于地球自轉(zhuǎn)，北半球各處受到逆時(shí)針作用力，在徑向壓強(qiáng)梯度作用和科氏力共同作用下形成逆時(shí)針渦旋。颶風(fēng)肆虐南太平落體偏 高空下落物體軌道總是偏東，向上火箭偏西慣性力的說(shuō) 慣性力是虛擬力，沒(méi)有施力者，也沒(méi)有反作用力。不滿足第三定律。平移非慣性系中

僅與物體質(zhì)量和非慣性系加速度有關(guān)，而與物體的位置和速度無(wú)關(guān)?？梢哉J(rèn)為個(gè)慣性力場(chǎng)，存在于非慣性系所聯(lián)系的整個(gè)空間考慮慣性力F 后，非慣性系中滿足 ，

F

I、II定律在非慣性系中依然有效物理意義的思考統(tǒng)一寫法 慣性慣m2R ma慣m2r

因— 又綜合了質(zhì)點(diǎn)自身特性慣性質(zhì)量果—

表達(dá)式“因果一體一個(gè)參考系是否是慣性系，是相對(duì)的 在非慣性系中需要考慮慣性力fima0

是非慣性系相慣性系的加速度。如果同樣的力學(xué)現(xiàn)象發(fā)