力学 杨维纮 中国科学莪术大学 近代粉理系
杨维纮
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