惯性参考系和非惯性参考系.pptxVIP

1 1.惯性参考系 从运动的描述来说,参考系的选择是任意的，这主要由研究问题的方便而定。但是，如果问题涉及运动和力的关系，即要应用牛顿定律时,参考系是否也能任意选择呢? 如图2-7所示，车厢A在地面上以加速度a向右运动。 车厢内的光滑桌面上有一与弹簧相连的质量m的小球, 弹簧的另一端系在车厢壁上。现在来分析这个 弹簧、小球 力学系统的运动情况。 五. 惯性参考系和非惯性参考系 2 地面上的观察者甲： 小球m: F=kx=ma，符合牛顿定律。 这个例子说明：以加速度a运动的车厢A为参考系,牛顿定律是不成立的。 车厢A内的观察者乙: 小球m: F=kx(因为弹簧确实已伸长)，a=0，显 然这是违背牛顿定律的。 3 研究地球表面附近(高度不太高、距离不太远)物体的运动时,地面(或固定在地面上的物体)就是近似程度较好的惯性系。 惯性系有一个重要性质：一切相对于惯性系作匀速直线运动或静止的参考系也是惯性系。 研究大气层和远程导弹的运动，地心参考系是近似程度相当好的惯性系。 天体运动的研究指出: 如果我们选择的参考系，以太阳中心为原点，以指向某些恒星的直线为坐标轴，则所观察到的天文现象都与 牛顿定律和万有引力定律推出的结论相符合，因此，这样的日心参考系是惯性系。 非惯性系：相对于惯性系有加速度的参考系是非惯性系。 4 2.加速平动参考系中的惯性力 5 注意： 6 例题2-7 如图2-8所示，升降机内有一倾角为?的光滑斜面。当升降机以匀加速度a相对地面上升时，一物体m正沿斜面下滑。求物体m相对于升降机的加速度。 解 以升降机为参考系(非惯性系)，物体m受三个力作用：真实力mg和N,惯性力ma，方向如图。 沿斜面方向应用牛顿定律,有 m(g+a)sin? =ma? 解得： a?=(g+a)sin? 7 *3.匀速转动参考系中的惯性力 假定一质点相对匀速转动的参考系(非惯性系)静止,在惯性系看,受到的向心力为 如果在转动参考系(非惯性系)中,还要套用牛顿定律,就必须认为质点除了受到“真实的”力以外,还受到一个惯性(离心)力的作用: (方向沿半径指向圆心) 8 如果质点相对匀速转动参考系(非惯性系)运动,则所受的惯性力较为复杂。除了受到惯性(离心)力的作用外，还受到一种叫科里奥利力的惯性力。 可以证明，科里奥利力的计算公式为 北半球的河床右岸为什么受到较厉害的冲刷？赤道的信风是怎样形成的？这些都是科里奥利力作用的结果。 可以在图书馆找周衍柏《理论力学》p141 9 北半球的河流由西向东流动，由于科里奥利力向南，使河流的右岸受到冲刷。南半球反向，使河流的左岸受到冲刷（试分析之） 我们知道，地球的南北两极空气冷，赤道的空气的温 度高。于是北半球的空气向南推进，形成向南的信风。 但是由于科里奥利力向西，结果风吹向西南，形成东 北信风。如图p54 在南半球，形成向南的信风。但由于科里奥利力使得 形成东南信风。如图p54 10 图2-1 ? m1 m2 11 对m1: 对m2： x方向 y方向 (在非惯性系下用牛二律) x方向 12 联立求解三个方程 13 1 牛顿三大定律 基本方法： 隔离体法+正交分解 质点动力学核心： 受力分析 2非惯性系 牛顿定律不能用,要用则加惯性力 质点动力学小结: 14 证明科里奥利力的计算公式为: 15 16 17 根据对惯性系的牛顿第二定律：