高等教育出版社：《物理学教程》教材电子教案（PPT课件，马文蔚第二版）第二章 牛顿定律 2-5 力学相对性原理 惯性系与非惯性系

*2-5力学相对性原理非惯性系与惯性力 物理学教程 (第二版) 力学相对性原理 u ⑦=而'+玩 i为常量∴.a=a xx F=ma F=ma' ut 结论 1)凡相对于惯性系作匀速直线运动的一切参考 系都是惯性系 2)对于不同惯性系，牛顿力学的规律都具有相 同的形式，与惯性系的运动无关 伽利略相对性原理 第二章牛顿定律

第二章 牛顿定律 物理学教程 * 2 – 5 力学相对性原理 非惯性系与惯性力 （第二版） 一 力学相对性原理 u    v  v＇ 2）对于不同惯性系，牛顿力学的规律都具有相 同的形式，与惯性系的运动无关 . 1）凡相对于惯性系作匀速直线运动的一切参考 系都是惯性系 . 伽利略相对性原理 x ut x x＇ y y＇ z z＇ o o＇ u  x＇ P 结论 a a＇   u    为常量 F  ma    F ma   

*2-5力学相对性原理非惯性系与惯性力 物理学教程 (第二版) 二 非惯性系和惯性力 光滑桌面 1非惯性系 地面参考系：小球保 持匀速直线运动. F-P+N-0 车厢参考系：小球加速度为一ā· F=P+N=0≠m(-a) > 定义：对某一特定物体惯性定律成立的参考系叫 做惯性参考系.相对惯性系作加速运动的参考系为非惯 性参考系 问：此现象无法用牛顿定律说明，应如何解决？ 第二章牛顿定律

第二章 牛顿定律 物理学教程 * 2 – 5 力学相对性原理 非惯性系与惯性力 （第二版） m 二 非惯性系和惯性力 光滑桌面 地面参考系：小球保 持匀速直线运动. F  P  N  0    0 ( ) F P N m a0         Ø 定义：对某一特定物体惯性定律成立的参考系叫 做惯性参考系.相对惯性系作加速运动的参考系为非惯 性参考系 . 车厢参考系：小球加速度为 . 0 a   P N  v  1 非惯性系 a0 0 a   问: 此现象无法用牛顿定律说明, 应如何解决 ?

*2-5力学相对性原理非惯性系与惯性力 物理学教程 (第二版) 2惯性力一惯性在非惯 性系中的表现 -md > 平动非惯性系中惯性力 F =-mao > 非惯性系中牛顿第二定律 F-mao ma 注意 1.惯性力是引入的虚拟的力. 2.惯性力不是物体间的相互作用，不存在惯性力的 反作用力，找不出它的施力物体. 3.在研究地面上物体的运动时，地球可近似地看成 是惯性参考系. 第二章牛顿定律

第二章 牛顿定律 物理学教程 * 2 – 5 力学相对性原理 非惯性系与惯性力 （第二版） 2 惯性力— 惯性在非惯 性系中的表现. Ø 非惯性系中牛顿第二定律 F ma ma     0  2. 惯性力不是物体间的相互作用，不存在惯性力的 反作用力, 找不出它的施力物体． 3. 在研究地面上物体的运动时，地球可近似地看成 是惯性参考系 . 注意 1. 惯性力是引入的虚拟的力. 0 F ma i     Ø 平动非惯性系中惯性力 m a0 0 ma   P N 

*2-5力学相对性原理非惯性系与惯性力 物理学教程 (第二版) 例1动力摆可用来测定车辆的加速度.一根质量不 计的细棒一端固定在车厢的顶部，另一端系一小球，当 列车以加速度行驶时，细杆偏离竖直线成角.试求 加速度M与摆角α间的关系 解以车厢为参考系（非惯性系)小球处于平衡状态， mg+F,+F,=0 分量式 Fr cosa-mg=0 a F sina-ma=0 解得a=gtan≈gC 第二章牛顿定律

第二章 牛顿定律 物理学教程 * 2 – 5 力学相对性原理 非惯性系与惯性力 （第二版） 例1 动力摆可用来测定车辆的加速度. 一根质量不 计的细棒一端固定在车厢的顶部, 另一端系一小球, 当 列车以加速度 a 行驶时, 细杆偏离竖直线成  角. 试求 加速度 a 与摆角  间的关系 . 解 以车厢为参考系（非惯性系）小球处于平衡状态. mg  FT  Fi  0   分量式 FT cos mg  0 F sin ma  0 T  解得 a  g tan  g Fi   a FT  P 

*2-5力学相对性原理非惯性系与惯性力 物理学教程 (第二版) 惯性离心力 如何解决？ 光滑桌面 地面参考系： 桌面参考系： F=mlo"en a=0,F≠0 设在匀角速转动的非惯性系中的虚拟力： 惯性离心力 F=-mw2Re。 F+元=-mw1e。+F=0(小球相对桌面静止) 第二章生定律

第二章 牛顿定律 物理学教程 * 2 – 5 力学相对性原理 非惯性系与惯性力 （第二版） 光滑桌面 Ø 惯性离心力 m Fi l m F    F  地面参考系： n 2 F ml e     桌面参考系： a  0, F  0   设在匀角速转动的非惯性系中的虚拟力： 惯性离心力 n 2 F m Re i      0 n 2 F  Fi  m le  Fi       （小球相对桌面静止） 如何解决？

*2-5力学相对性原理非惯性系与惯性力 物理学教程 (第二版) 例2由于地球的自转，故物体在地球表面所受的重 力与物体所处的纬度有关，试找出他们之间的关系. 解：在地面纬度0处，物体的重 力P(视重)等于地球引力与自转效 应的惯性离心力之矢量合，即 P=mg+F R F=mo'r mo2Rcos 0 P≈mg-F;cos0 =mg(1-02Rcos20/g）=mg(1- c0s20 289 物体的重力P在两极最大，赤道最小 第二章牛顿定律

第二章 牛顿定律 物理学教程 * 2 – 5 力学相对性原理 非惯性系与惯性力 （第二版） 例2 由于地球的自转, 故物体在地球表面所受的重 力与物体所处的纬度有关, 试找出他们之间的关系. 解: 在地面纬度θ 处 , 物体的重 力P（视重）等于地球引力与自转效 应的惯性离心力之矢量合，即 P mg Fi        cos 2 2 Fi  m r  m R P  mg  Fi cos ) 289 cos (1 2   mg  物体的重力 P 在两极最大, 赤道最小. R r   Fi  mg  o o  (1 cos ) 2 2  mg  R  g P 