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1、物理学 3牛顿运动定律,张宏浩,1,运动定律和力学中的守恒定律,第二章,自然和自然规律隐藏在黑暗之中，上帝说“让牛顿降生吧”，一切就有了光明；但是，光明并不久长，魔鬼又出现了，上帝咆哮说：“让爱因斯坦降生吧”，就恢复到现在这个样子。,三百年前，牛顿站在巨人的肩膀上，建立了动力学三大定律和万有引力定律。其实，没有后者，就不能充分显示前者的光辉。海王星的发现，把牛顿力学推上荣耀的顶峰。,魔鬼的乌云并没有把牛顿力学推跨，她在更加坚实的基础上确立了自己的使用范围。宇宙时代，给牛顿力学带来了又一个繁花似锦的春天。,一、惯性定律 惯性参考系,1、惯性定律（Newton first law）任何物体都保持静
2、止或匀速直线运动的状态，直到受到力的作用迫使它改变这种状态为止。,(2).定义了惯性参考系,(1).包含两个重要概念：惯性和力,2-1 牛顿运动定律,问题,a=0时人和小球的状态符合牛顿定律,结论：牛顿定律成立的参考系称为惯性系。相对惯性系作加速运动的参考系是非惯性系。而相对惯性系作匀速直线运动的参考系也是惯性系。,a0时人和小球的状态为什麽不符合牛顿定律？,2、惯性系与非惯性系,根据天文观察，以太阳系作为参照系研究行星运动时发现行星运动遵守牛顿定律，所以太阳系是一个惯性系。,二、牛顿第二定律（Newton second law）在受到外力作用时，物体所获得的加速度的大小与外力成正比，与物体的
3、质量成反比；加速度的方向与外力的矢量和的方向相同。,2、迭加性：,特点：瞬时性；迭加性；矢量性；定量的量度了惯性,3、矢量性：具体运算时应写成分量式,直角坐标系中：,自然坐标系中：,4、定量的量度了惯性,惯性质量：牛顿第二定律中的质量常被称为惯性质量,引力质量：,三、第三定律（Newton third law）两个物体之间对各自对方的相互作用总是相等的，而且指向相反的方向。,作用力与反作用力：,1、它们总是成对出现，它们之间一一对应。,2、它们分别作用在两个物体上，绝不是平衡力。,3、它们一定是属于同一性质的力。,题：质量为m的小球，在水中受的浮力为常力F，当它从静止开始沉降时，受到水的粘滞阻
4、力为f=kv(k为常数），证明小球在水中竖直沉降的速度v与时间t的关系为,式中t为从沉降开始计算的时间,四、牛顿定律的应用,题：质量为m的小球，在水中受的浮力为常力F，当它从静止开始沉降时，受到水的粘滞阻力为f=kv(k为常数），证明小球在水中竖直沉降的速度v与时间t的关系为,式中t为从沉降开始计算的时间,证明：取坐标，作受力图。,根据牛顿第二定律，有,四、牛顿定律的应用,初始条件：t=0 时 v=0,2-2 力学相对性原理 非惯性系中的力学,一、伽利略变换、经典力学时空观,时间、长度、质量“同时性”和力学定律的形式是绝对的,物体的坐标和速度、“同一地点”是相对的,经典时空观,根据伽利略变换，
5、我们可得出牛顿的绝对时空观，也称之为经典时空观。,在S系内，米尺的长度为,在S系内，米尺的长度为,利用伽利略变换式得,结论：空间任意两点之间的距离对于任何的惯性系而言都是相等的，与惯性系的选择或观察者的相对运动无关。即：长度是“绝对的”，或称之为“绝对空间”。,再有,时间也与惯性系的选择或观察者的相对运动无关,“绝对空间”、“绝对时间”和“绝对质量”这三个概念的总和构成了经典力学的所谓“绝对时空观”：空间、时间和物质的质量与物质的运动无关而独立存在，空间永远是静止的、同一的，时间永远是均匀地流逝着的。,如果把随惯性系而变的看成是“相对”的，,那么经典力学中：,时间、长度、质量“同时性”和力学定
6、律的形式,物体的坐标和速度“同一地点”,是相对的,是绝对的,把不随惯性系而变的看成是“绝对”的，,近代物理学发展表明：经典的、与物质运动无关的绝对时空观是错误的，并揭示出时间、空间与物质运动密切相关的相对性时空观；而力学相对性原理则得到改造发展为物理学中更为普遍的相对性原理,速度变换法则,加速度变换法则,在所有惯性系中，,加速度是不变量。,二、力学的相对性原理,在S系中：,在S系中：,在任何一个惯性系中牛顿定律都有完全相同的形式,即：伽利略相对性原理 或经典相对性原理,力学规律对一切惯性系都是等价的,力学的相对性原理：,*三、非惯性系中的力学,1、在变速直线运动参考系中的惯性力：,2、在匀角速转动的非惯性系中的惯性力：,-惯性离心力,3、科里奥利力,在转动的非惯性系，还须引入科里奥利力，才可沿用牛顿定律的形式,地球是个匀角速转动的参考系，但由于自转角速度很小，地球上运动的物体往往察觉不到科里奥利力的存在。,练习题：,24,科里奥利(Coriolis)力是一种在转动参考系的惯性力：,25,26,27,28,29,30,31,
