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* * * * * * * * * * * * * * * * * * * 注意：本课程不是理工科物理，不要求严格的推理和计算，只讲相关的结论。本课程也不是物理学史课，不按物理学发展的时间体系介绍，会有跳跃。本课程还不是专门的技术课，不介绍各技术的细节。 同学们好！ 宏观客体的运动规律： 牛顿力学 第二讲：力学与航天 物体运动的规律：物体的运动状态怎样随时间发生变化 引发我们考虑几个问题： 1.需要什么样的时空观 2.如何描述运动状态 “天经地义”的时空观 1.“天经地义”的时空观 时间 ：时间用以表述事物之间的顺序 空间 ：空间用以表述事件相互之间的位形 在牛顿力学中，时间间隔和空间间隔（长度）被认为是绝对量，是独立于所研究对象（物体）和运动而存在的客观实在。时间的流逝与空间位置无关，空间为欧几里德几何空间。而近代物理理论对此是否定的，这个问题将在相对论一章中详细讨论。 运动的描述 要描述一个物体的运动，必须选取另一物体作为标准，我们把选作标准的三维且不变形物体或无相对运动的物体组称为参考系.而坐标系是固结于参考系上的一个数学抽象。常见的有以下几种坐标系： 参考系 坐标系 “运动只能理解为物体的相对运动”--爱因斯坦 ▲ 球极坐标系（ r,θ, ? ） ▲ 柱坐标系（?, ?, z ） ▲ 自然“坐标系” z y x x y z r ● ▲ 直角坐标系（ x , y , z ） 物理学研究对象及其广泛，需要将具体物体概括、抽象为一些物理模型。 质点是具有质量而无形状和大小的一个点，突出了“物体具有质量”、“物体占有位置” 这是物体的点模型，基于点模型而建立起来的物理学理论，隐含着对空间各向同性的承认。 质点 刚体 物体的大小和形状需要考虑，但大小和形状的变化可以忽略不计，把这种不能变形的物体称为刚体。 　一个好的物理学家，往往就是善于提出物理模型的科学家。 “建模”是物理学认识物质世界的基本策略，离开了模型，物理学将寸步难行，陷入一种不可知论。 描述物体运动需要的物理量： 位置矢量（位矢、矢径）：用来确定某时刻质点位置的矢量（用矢端表示）。 P1 r(t) Δr x y z 0 r(t+Δt ) P2 轨迹 ? ? 描述物体运动的状态，首先要指出物体在哪儿运动？运动的快慢怎样。为此需引入相应的物理量。 质点位矢对时间的变化率叫速度。 1.平均速度： 2.（瞬时）速度： v (t ) · ? 质点速度对时间的变化率叫加速度。 加速度： 什么因素影响质点运动状态的改变？ 与物体本身性质有关 与物体相互作用有关 如何转弯？ 如何加速？ 车为什么会启动？ 牛顿第一定律指明任何物体不受外力作用将保持静止或作匀速 直线运动. 牛顿三大定律 牛顿第二定律表述为: 在力的作用下质点获得的加速度的大小与力的大小成正比, 与质点的质量成反比, 加速度的方向与力的方向相同. 牛顿第三定律表述为: 两个质点间的作用力和反作用力大小相等,方向相反, 作用在同一条直线上. 这就是牛顿第三定律，从动力学角度看，有了前两个定律已经完整了。牛顿第三定律是关于力的性质的定律，而不是动力学本身的定律，它是牛顿独立发现的。 万有引力定律 一.月亮为什么掉不下来 抛体运动： 惯性定律：凡不受外力作用的物体将永远保持其原来的运动速度 轨迹为抛物线而不是直线是由于物体受到地球的引力，那么为什么月亮掉不下来？ 牛顿的抛体运动 石块的运动曲线的曲率与地球表面的曲率相同 月亮速率不变，但速度在不断地变化 A B B‘ O R 不断下落地月亮 牛顿的这种理想抛体实验，如今已经实现，这就是人造地球卫星。如果卫星离地面越高，所需要的速率就越小，例如月亮只需1千米/秒多一点。 三.万有引力定律的建立 得到： 引力是一种与距离平方成反比的力 寻找引力与距离的关系 万有引力定律揭示了引力的“万有性”和“普适性” 万有引力定律 自然界中任何两个物体都以一定的力互相吸引，这个吸引力的大小同两个物体质量的乘积成正比，同它们之间距离的平方成反比。又称物质相互作用的普遍规律。 思考： (1)两个60㎏的人相距1米，估算出他们之间的万有引力？ 0顿 (2)如何不用锻炼或节食来达到减轻体重的目的？ 运动量的描述 如果我们在动力学定律的基础上引进一些新的概念和新的物理量，如动量、能量和角动量等，就可进而得到关于这些量的新的规律（包括所谓运动定理以及由此引出的守恒定律），而直接用这些规律去分析质点的运动问题，往往比从运动定律出发更为方便。 即使在牛顿定律不一定适用的许多场合，包括微观领域，守恒定律仍然有效。这样，原来仅仅作为牛顿定律辅助工具而引入的运动定理的推论——守恒定律，却成为比牛顿定律更