第一章项点远动学 第一章质点运动学 中国科学技术大学杨维 §1.15宣 §1.2质点和参考系 291.3速度与加速度 §14直角坐标系中运动的描述 §1.5自然坐标系中运动的描述 §1.6平面极坐标中的运动描述 §1.7相对运动
第一章 质点运动学 §1.1 引言 §1.2 质点和参考系 §1.3 速度与加速度 §1.4 直角坐标系中运动的描述 §1.5 自然坐标系中运动的描述 §1.6 平面极坐标中的运动描述 §1.7 相对运动 中国科学技术大学杨维纮
第一章项点远动学 §1.1引言 国 科 学 技 1.1.1力学的研究对象 米圆1.12时间、空间和牛顿力学的绝对 大 学 1.1.3宇宙的层次和数量级 杨 维 纮
1.1.1 力学的研究对象 1.1.2 时间、空间和牛顿力学的绝对量 1.1.3 宇宙的层次和数量级 中 §1.1 引 言 国 科 学 技 术 大 学 杨 维 纮
第一章项点远动学 §1.1引言 中国科学技术大学杨维 1.1.1力学的研究对象 运动学:研究物体运动的几何性质,而不研究引起物 体运动的原因。(位移,速度,加速度,轨 迹等的描述和计算) 动力学:研究受力物体的运动变化与作用力之间的 关系。(运动微分方程的建立和求解) 静力学:研究物体在力系作用下的平衡规律,同时 也研究力的一般性质和力系的简化方法等。 (平衡方程的应用和受力分析) 纮回经典力学适用范围:弱引力场中宏观物体的低速运动
运动学： 动力学： 静力学： 研究物体在力系作用下的平衡规律，同时 也研究力的一般性质和力系的简化方法等。 （平衡方程的应用和受力分析） 研究物体运动的几何性质，而不研究引起物 体运动的原因。（位移，速度，加速度，轨 迹等的描述和计算） 研究受力物体的运动变化与作用力之间的 关系。（运动微分方程的建立和求解） §1.1 引 言 经典力学适用范围：弱引力场中宏观物体的低速运动。 1.1.1 力学的研究对象 中 国 科 学 技 术 大 学 杨 维 纮
第一章项点远动学 112时间、空间和牛顿力学的绝对量 国时间:时间用以表述事物之间的顺序 科 学空间:空间用以表述事件相互之间的位形 技 在牛顿力学中,时间间隔和空间间隔(长度)被认为 术 是绝对量,是独立于所研究对象(物体)和运动而存 2在的客观实在。时间的流逝与空间位置无关,空间为 大欧几里德几何空间。而近代物理理论对此是否定的, 学额这个间题将在相对论一章中详细讨论。 没有满意的“严格”的理论定义,并不妨碍时间和空间二者 杨在物理中的使用,因为,物理学是一门基于实验的科学,在 维 考查物理学的概念或物理量的时候,首先应当注意它与实验 纮之间是否有明确的、不含糊的关系。对于时间和空间这两个 基本概念来说,首要的问题似不是去追究它们的“纯粹”定 义,而是应当了解它们是怎样量度的
时间 ： 空间 ： 时间用以表述事物之间的顺序 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。 没有满意的“严格”的理论定义，并不妨碍时间和空间二者 在物理中的使用，因为，物理学是一门基于实验的科学，在 考查物理学的概念或物理量的时候，首先应当注意它与实验 之间是否有明确的、不含糊的关系。对于时间和空间这两个 基本概念来说，首要的问题似不是去追究它们的“纯粹”定 义，而是应当了解它们是怎样量度的。 中 1.1.2 时间、空间和牛顿力学的绝对量 国 科 学 技 术 大 学 杨 维 纮
项点远动学 中国 时间的测量: 任何具有重复性的过程或现象,都可以作为测量时间 科)的一种钟(例如,太阳的升没表示天;四季的循环 学称作年;月亮的盈亏是农历的月。其他的循环过程, 技 如双星的旋转、人体的脉搏、吊灯的摆动、分子的振 动等等,也都可以用作测时的工具) 米舅真太阳日:太阳视面中心连续两次出现在地面某处正 大 南方所需的时间 学國平太限一年之内全部真太阳日的平均 杨秒 一个平均太阳日的186,400,这种以地球 自转为基础的计时标准叫世界时(UT) 维 1956年起改用以地球公转周期为基准的时间标准, 纮回称为历书时(ET),并规定秒为190年回归年的 1/31.5569259747
真太阳日：太阳视面中心连续两次出现在地面某处正 南方所需的时间 时间的测量 ： 平太阳日：一年之内全部真太阳日的平均 秒： 一个平均太阳日的1/86,400，这种以地球 自转为基础的计时标准叫世界时（UT） 1956年起改用以地球公转周期为基准的时间标准， 称为历书时（ET），并规定秒为1900年回归年的 1/31,556,925.9747 任何具有重复性的过程或现象，都可以作为测量时间 的一种钟 （例如，太阳的升没表示天；四季的循环 称作年；月亮的盈亏是农历的月。其他的循环过程， 如双星的旋转、人体的脉搏、吊灯的摆动、分子的振 动等等，也都可以用作测时的工具） 中 国 科 学 技 术 大 学 杨 维 纮
项点远动学 时间的测量: 中国科学技术大 1967年10月在第十三届国际度量衡会议上规定: 位于海平面上的铯原子的基态的两个超精细能级 在零磁场中跃迁辐射的周期T与1秒的关系为 1秒=9,192631,770T 2这样的时间标准称为原子时 用铯钟作为计时标准,误差若按一个周期计算,测量」 学额精度要比秒表作时计提高10倍,即误差下降到秒 Q表的10之 自从人类发明机械计时的时钟以来,400年来时间计 维国量准确度的提高是惊人的,现代的原子钟的计时误差 纮回已小于10秒天。目前,时间是测量得最准确的 个基本量
时间的测量 ： 1967年10月在第十三届国际度量衡会议上规定： 位于海平面上的铯原子的基态的两个超精细能级 在零磁场中跃迁辐射的周期T与1秒的关系为 1秒 = 9,192,631,770 T 这样的时间标准称为原子时 用铯钟作为计时标准，误差若按一个周期计算，测量 精度要比秒表作时计提高 倍，即误差下降到秒 表的 1010 之一 10 10 自从人类发明机械计时的时钟以来，400年来时间计 量准确度的提高是惊人的，现代的原子钟的计时误差 已小于 秒/天。目前，时间是测量得最准确的 一个基本量10 10 − 中 国 科 学 技 术 大 学 杨 维 纮
项点远动学 空间的测量: 中国科学技术 长度是空间的一个基本性质 对长度的测量,在日常的范围中,是用各种各样 的尺,如米尺、千分尺、螺旋测微计等等。对于不能 2用尺直接加以测量的小尺度,可以求助于光学方法 大在精密机床上常有光学测量装置;测定胰岛素中原子 学的位置,是用调光衍射方法。对于大的尺度,也不能 直接用尺去测量,也要求助于光。测量月亮与地球的 距离可以用激光测距的方法,测量一些不太远的恒星, 杨可以用三角学方法至于银河系之外的遥远天体的距 维离,同样是用它们发光的一些特征来测定的 纮
空间的测量 ： 长度是空间的一个基本性质 对长度的测量，在日常的范围中，是用各种各样 的尺，如米尺、千分尺、螺旋测微计等等。对于不能 用尺直接加以测量的小尺度，可以求助于光学方法。 在精密机床上常有光学测量装置；测定胰岛素中原子 的位置，是用调光衍射方法。对于大的尺度，也不能 直接用尺去测量，也要求助于光。测量月亮与地球的 距离可以用激光测距的方法，测量一些不太远的恒星， 可以用三角学方法。至于银河系之外的遥远天体的距 离，同样是用它们发光的一些特征来测定的。 中 国 科 学 技 术 大 学 杨 维 纮
项点远动学 空间的测量: 米:规定为通过巴黎的自北极至赤道的子午线长度 中国科学技术大学杨维 的1/10,00000 1875年起,决定改用米原器(截面呈“X形的 铂铱合金尺)作为长度标准。由于这样规定的标准米 不易复制,精度又不高 1960年在第十一届国际计量大会上规定: 1米等于氪86原子的和能级之间跃迁时所对应的辐 射(橙色谱线)在真空中的波长入的1,650,763.73 倍。 这样规定的米叫原子米 1983年10月在第十七届国际计量大会上规定: 米是光在真空中在1/299792458秒的时间间隔内所 传播的路程长度 光速:c=299,792458米/秒
空间的测量 ： 米： 规定为通过巴黎的自北极至赤道的子午线长度 的1/10,000,000 1875年起，决定改用米原器（截面呈“X”形的 铂铱合金尺）作为长度标准。由于这样规定的标准米 不易复制，精度又不高 1960年在第十一届国际计量大会上规定： 1米等于氪86原子的和能级之间跃迁时所对应的辐 射（橙色谱线）在真空中的波长λ的1,650,763.73倍。 这样规定的米叫原子米 1983年10月在第十七届国际计量大会上规定： 米是光在真空中在1/299,792,458秒的时间间隔内所 传播的路程长度 光速：c = 299,792,458米／秒 中 国 科 学 技 术 大 学 杨 维 纮
点远动学 中国11.3宇宙的层次和数量级 国1.空间尺度:从极小到极大 科 最遇远星系 1026m 学 技 银河系 1020m 术 邻近恒星 大 太阳 1010m 学 地球 人类 100m 杨 细胞 维 原子 1010m 纮 质子 夸克 10-20m
1. 空间尺度：从极小到极大 最遥远星系 银河系 邻近恒星 太阳 地球 人类 细胞 原子 质子 夸克 1026 m 10-20 m 10-10 m 100 m 1010 m 1020 m 中 1.1.3 宇宙的层次和数量级 国 科 学 技 术 大 学 杨 维 纮
第一章项点远动学 中 1.13宇宙的层次和数量级 国 科川天体空间尺度 (1光年~106米) 学 技 1●地球直径 1.3×103光年 ·太阳直径 术 1.47×107光年 太阳系范围 1.2×103光年 学 最近的恒星 4.3光年 银河系范围 105光年 杨最近的星系 10°光年 维富星系团 10光年 纮 可测宇宙 1.5×100光年A
1.1.3 宇宙的层次和数量级 天体空间尺度 （1 光年～1016米） ⚫ 地球直径 1.3×10-9光年 ⚫ 太阳直径 1.47×10-7光年 ⚫ 太阳系范围 1.2×10-3光年 ⚫ 最近的恒星 4.3 光年 ⚫ 银河系范围 105光年 ⚫ 最近的星系 106光年 ⚫ 富星系团 107光年 ⚫ 可测宇宙 1.5×1010光年 中 国 科 学 技 术 大 学 杨 维 纮