质点动力学2.ppt

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1、理学院 物理系 陈强1质点动力学(particle dynamics)二二.牛顿第二定律牛顿第二定律 一一.牛顿第一定律牛顿第一定律 每个物体都将保持其静止或匀速直线运动的每个物体都将保持其静止或匀速直线运动的状态状态,除非有力加于其上迫使它改变这种状态除非有力加于其上迫使它改变这种状态.若若m为常量为常量 三三.牛顿第三定律牛顿第三定律 理学院 物理系 陈强22.4.2.4.惯性系与非惯性系惯性系与非惯性系牛顿运动定律只在惯性系中成立牛顿运动定律只在惯性系中成立地面上的人：地面上的人：m静止静止；加速运动。加速运动。车上的人：车上的人：m以以例例1 1：升降机里的人：升降机里的人：m静止。静

2、止。例例2 2：地面上的人：地面上的人：m以以 自由下落；自由下落；惯性系惯性系牛顿定律成立的参考系牛顿定律成立的参考系 非惯性系非惯性系牛顿定律不成立的参考系牛顿定律不成立的参考系理学院 物理系 陈强3在非惯性系中如何计算动力学问题？在非惯性系中如何计算动力学问题？牛顿运动定律只在惯性系中成立，而不适牛顿运动定律只在惯性系中成立，而不适用于非惯性系。但许多实际问题在非惯性系中用于非惯性系。但许多实际问题在非惯性系中研究起来却比较方便。研究起来却比较方便。引入引入惯性力惯性力 在非惯性系中形式上利用牛顿第二定律分析问题在非惯性系中形式上利用牛顿第二定律分析问题理学院 物理系 陈强4一一.平动非

3、惯性系中的惯性力平动非惯性系中的惯性力S相对相对S平动，加速度为平动，加速度为 or0rProxx y ySSu。惯性系惯性系S非惯性系非惯性系S设：设：S：S：由由得得所以所以理学院 物理系 陈强5非惯性系非惯性系S中的力学规律中的力学规律:由由 得得定义定义惯性力：惯性力：则有则有：在非惯性系在非惯性系S中，牛顿第二定律中，牛顿第二定律形式上形式上成立。成立。理学院 物理系 陈强6扩展力的概念：扩展力的概念：相互作用力相互作用力 惯性力惯性力 惯性力不是物体间的相互作用，惯性力不是物体间的相互作用，是参考系是参考系加速运动加速运动引起的附加力，引起的附加力，本质上是物体惯性的体现。本质上是

4、物体惯性的体现。惯性力：惯性力：非惯性系非惯性系S中的力学规律中的力学规律:物体间的真实物体间的真实相互作用力相互作用力物体的惯性在非物体的惯性在非惯性系中的表现惯性系中的表现虚拟力虚拟力理学院 物理系 陈强7非惯性系非惯性系S中的力学规律中的力学规律:车：车：S 系中系中例例1 1：例例2 2：惯性力：惯性力：升降机：升降机：S 系中系中理学院 物理系 陈强8Mm求：求：m下滑的过程中，下滑的过程中，m 对对 M 的正压力？的正压力？例例3：已知已知:M,m,m与与M 之间之间，M与地与地 面之间无摩擦。面之间无摩擦。解：解：参考系：参考系：M非惯性系非惯性系 研究对象：研究对象：m x M

5、my q方程：方程：受力：受力：理学院 物理系 陈强9参考系：地面参考系：地面惯性系惯性系研究对象：研究对象：M受力：受力：方程：方程：xyMq理学院 物理系 陈强10二二.匀速转动非惯性系中的惯性力匀速转动非惯性系中的惯性力rSSm fO 例例 圆盘以匀角速度圆盘以匀角速度转动转动,盘光滑盘光滑,物体物体m相对盘静止相对盘静止,绳长绳长rS系：地面系：地面m以匀角速度以匀角速度随盘一起运动随盘一起运动 S S 系系:圆盘圆盘 m静止静止,令令则则 惯性离心力惯性离心力 S中绳拉力与惯性离心力平衡，中绳拉力与惯性离心力平衡，m静止。静止。理学院 物理系 陈强11 重力和纬度的关系：重力和纬度的

6、关系：重力并非地球引力，而是引力和惯性离心力的合力。重力并非地球引力，而是引力和惯性离心力的合力。重力加速度重力加速度 g 和地球纬度和地球纬度 的的式中式中：G 万有引力常量万有引力常量 ，Me 地球质量地球质量，R 地球半径地球半径，地球自转角速度地球自转角速度。关系式为关系式为：F引引rF0mPRO由于地球自转，地面物体会受到惯性离心力的作用。由于地球自转，地面物体会受到惯性离心力的作用。理学院 物理系 陈强12牛顿运动定律的适用范围：牛顿运动定律的适用范围：牛顿运动定律适用于牛顿运动定律适用于宏观物体宏观物体的的低速低速运动。运动。牛顿力学是一般技术科学的理论基础和解决实际工牛顿力学是一般技术科学的理论基础和解决实际工程问题的重要依据和工具。程问题的重要依据和工具。物体的物体的高速运动高速运动遵循遵循相对论力学相对论力学的规律；的规律；微观粒子微观粒子的运动遵循的运动遵循量子力学量子力学的规律。的规律。