大学物理学教程（第二版）上册：2-5 力学相对性原理 惯性系与非惯性系

第二章第二章 牛顿定律牛顿定律物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）* 2 5 力学相对性原理力学相对性原理 非惯性系与惯性力非惯性系与惯性力一一 力学相对性原理力学相对性原理u vv ( (2) )对于对于不同不同惯性系，牛顿力学的规律都具有惯性系，牛顿力学的规律都具有相相同同的形式，与惯性系的运动无关的形式，与惯性系的运动无关 . . ( (1) )凡相对于惯性系作凡相对于惯性系作匀速直线运动匀速直线运动的一切参考的一切参考系都是惯性系系都是惯性系 . .伽利略相对性原理伽利略相对性原理 xutxx yyzzOOuxP结结论论aau为常量为常量amFamF第二章第二章 牛顿定律牛顿定律物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）* 2 5 力学相对性原理力学相对性原理 非惯性系与惯性力非惯性系与惯性力m光滑桌面光滑桌面二二 非惯性系和惯性力非惯性系和惯性力 地面地面参考系：小球保参考系：小球保持匀速直线运动持匀速直线运动. .0NFPF)(00NamFPF 定义：定义：对某一特定物体对某一特定物体, ,惯性定律成立的参考系叫惯性定律成立的参考系叫做惯性参考系做惯性参考系. .相对惯性系做加速运动的参考系为非惯相对惯性系做加速运动的参考系为非惯性参考系性参考系 . . 车厢车厢参考系：小球加速度为参考系：小球加速度为 . . 0aPNFv1 非惯性系非惯性系0a0a问问: 此现象无法用牛顿定律说明此现象无法用牛顿定律说明, 应如何解决应如何解决 ?第二章第二章 牛顿定律牛顿定律物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）* 2 5 力学相对性原理力学相对性原理 非惯性系与惯性力非惯性系与惯性力 2 惯性力惯性力惯性在非惯惯性在非惯性系中的表现性系中的表现 非惯性系中牛顿第二定律非惯性系中牛顿第二定律amamF0 （2）惯性力不是物体间的相互作用，不存在惯性力惯性力不是物体间的相互作用，不存在惯性力的反作用力的反作用力, 找不出它的施力物体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成是惯性参考系 . . 注意注意（1） 惯性力是引入的虚拟的力惯性力是引入的虚拟的力.0iamF 平动非惯性系中惯性力平动非惯性系中惯性力m0a0amPN第二章第二章 牛顿定律牛顿定律物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）* 2 5 力学相对性原理力学相对性原理 非惯性系与惯性力非惯性系与惯性力解解 以车厢为参考系（非惯性系）小球处于平衡状态以车厢为参考系（非惯性系）小球处于平衡状态.0iTFFmg分量式分量式0cosTmgF0sinTmaFggatan解得解得iFaTFP 例例1 动力摆可用来测定车辆的加速度动力摆可用来测定车辆的加速度. 一根质量不一根质量不计的细棒一端固定在车厢的顶部计的细棒一端固定在车厢的顶部, 另一端系一小球另一端系一小球, 当当列车以加速度列车以加速度 a 行驶时行驶时, 细杆偏离竖直线成细杆偏离竖直线成 角角. 试求试求加速度加速度 a 与摆角间与摆角间 的关系的关系 . 第二章第二章 牛顿定律牛顿定律物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）* 2 5 力学相对性原理力学相对性原理 非惯性系与惯性力非惯性系与惯性力光滑桌面光滑桌面 惯性离心力惯性离心力miFmlFF地面参考系：地面参考系：n2emlF桌面参考系：桌面参考系：0,0Fa设设在匀角速转动的在匀角速转动的非非惯性系中的惯性系中的虚拟虚拟力：力：惯性离心力惯性离心力n2ie lmF0in2iFe lmFF（小球相对桌面静止）（小球相对桌面静止）如何解决如何解决？l第二章第二章 牛顿定律牛顿定律物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）* 2 5 力学相对性原理力学相对性原理 非惯性系与惯性力非惯性系与惯性力 例例2 由于地球的自转由于地球的自转, 故物体在地球表面所受的重故物体在地球表面所受的重力与物体所处的纬度有关力与物体所处的纬度有关, 试找出他们之间的关系试找出他们之间的关系.iFgmPcos22iRmrmFcosiFmgP)289cos1 (2 mg物体的重力物体的重力 P 在两极最大在两极最大, 在赤道最小在赤道最小.Rr iFgmOO)cos1 (22gRmgP 解解: 在地面纬度在地面纬度 处处 , 物体的物体的重力重力P（视重视重）等于地球引力与自转等于地球引力与自转效应的惯性离心力之矢量合，效应的惯性离心力之矢量合，即即