16伽利略相对性原理2

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1-6,伽利略相对性原理,1,一、伽利略相对性原理,(Galileo principle of relativity),1.,在相对于惯性系作匀速直线运动的参考系中，所总结出的力学规律,都不会由于整个系统的匀速直线运动而有所不同；,2.,相对于惯性系作匀速直线运动的一切参考系都是惯性系。,爱因斯坦相对性原理：对于描述一切物理过程的规律,所有惯性系都是等价的，是狭义相对论的两个基本原理之一,。,对于描述力学规律而言,所有惯性系都是等价的。伽利略相对性原理,力学相对性原理。,2,时间与空间,在两个作相对运动的参考系中，时间的测量是绝对的，空间的测量也是绝对的,与参考系无关,时间和长度的,绝对性是经典力学或牛顿力学的基础,3,物体运动的轨迹依赖于观察者所处的参考系,相对运动,4,二、伽利略变换,(Galilean transformation),两个惯性参考系,S(,Oxyz,),和,S,(,O,x,y,z,),S,系相对,S,系以恒定速度,v,沿,x,轴正向运动,在长度测量绝对性和同时性测量绝对性的假定下,即认为,时间和空间是相互独立的,绝对不变的,并与物体的运动无关, S,系与,S,系之间的变换可以表示为,逆变换,伽利略变换,x,y,y,z,x,O,O,v,P,z,r,r,5,所有惯性系都是等价的,:,形式相同,不是现象相同。,质点运动速度远小于光速时：,m,=,m,，两个参考系中同一个力，也一定会有相同量值，即,F,=,F,在,S,系中质点运动 速度为,u,分量为,在,S,系中质点运动速度为,u,分量为,矢量式,u,=,u,v,；,求微商,a,=,a,，,S,系和,S,系中相同,牛顿第二定律形式,F,=,ma,和,F,=,m,a,。,6,例,实验者,A,在以,10 ms,-1,的速率沿水平轨道前进的平板车上控制一台射弹器，射弹器以与车前进方向呈 斜向上射出一弹丸,此时站,A,B,在地面上的另一实验者,B,看到弹丸铅直向上运动，求弹丸上升的高度,7,速度变换,解,地面参考系为,S,系，平板车参考系为 系,A,B,8,弹丸上升高度,A,B,9,即,三,.,惯性力,甲,乙,m,牛顿定律适用,牛顿定律不适用,有力,地面参考系中的观察者,甲,：,运动车厢参考系中的观察者,乙,：,有力,和加速度,即,无加速度,惯性系：,牛顿运动定律适用的参照系,结论：,牛顿第二定律不能同时适用于上述两种参考系,10,引入,虚拟力,或,惯性力,牛顿第二定律形式上成立,惯性力的概念可推广到非平动的非惯性系。,(2),惯性力,是,虚拟力,，没有施力者，也没有反作用力。不满足牛顿第三定律。,说明,(1),甲,乙,m,在直线加速参考系中,惯性力的方向与非惯性系相对于惯性系的加速度的方向相反,大小等于所研究物体的质量与加速度的乘积。,11,m,T,A,m,T,B,F*,2.,匀速转动参考系中的惯性力,在匀速转动的非惯性系中，设想小球受到一个,惯性离心力,F*,的作用，大小与绳子的拉力相等，方向与之相反，所以小球处于静止的平衡状态。,T,+,F,*,= 0,F,*,=,m,2,r,12,例,2,:,求地球表面纬度处质量为,m,的物体的重量。,解,:,设地球是半径,R,均匀球体,自转角速度,为了便于分析,将该重物用绳悬挂在纬度,处,并相对于地球处于静止状态。,m,T,F,W,F*,惯性离心力,除惯性离心力外,还有地球对它的万有引力,F,和绳子对它的张力,T,并且有,13,处于地球表面的物体所受地球的万有引力与重力是不同的。 重量和质量是截然不同的概念。,重量随所处纬度的增高而增大,利用余弦定理,很小,上式高次方项可略去,所以,14,例,：车上悬一单摆，摆锤质量为,m,，车静止时摆线竖直向下为平衡位置，当车以 加速度前进时，求摆线的平衡位置与竖直方向的夹角。,15,