《大学物理》课程教学课件（PPT讲稿，高教版）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 力学相对性原理 u ⑦=⑦'+⑦ 玩为常量 .∴.a=a' F=ma F=ma 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

5* –21– 简5谐 力运学动相 简对谐性运原动理的 振非幅惯 性周期系 与频惯率性和力相位 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 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+FN=0 车厢参考系：小球加速度为一a0: F=p+F,=0≠m(-ao) >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.相对惯性系做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

5* –21– 简5谐 力运学动相 简对谐性运原动理的 振非幅惯 性周期系 与频惯率性和力相位 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  FN  0    0 ( ) F P FN 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.相对惯性系做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 FN 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 2惯性力一惯性在非惯 性系中的表现 > 平动非惯性系中惯性力 F:=-mao > 非惯性系中牛顿第二定律 -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·

5* –21– 简5谐 力运学动相 简对谐性运原动理的 振非幅惯 性周期系 与频惯率性和力相位 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. i 0 F ma     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 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，细杆偏离竖直线成心角.试求 加速度a与摆角间a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 F cosa-mg=0 a E sina-ma=0 解得a=g tan a≈g0

5* –21– 简5谐 力运学动相 简对谐性运原动理的 振非幅惯 性周期系 与频惯率性和力相位 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 sin 0 FT  ma  解得 a  g tan  g Fi   a FT  P  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 .  

*2-5力学相对性原理非惯性系与惯性力 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 =-mo'le, F+F=-mo2厄n+F=0(小球相对桌面静止)

5* –21– 简5谐 力运学动相 简对谐性运原动理的 振非幅惯 性周期系 与频惯率性和力相位 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 i F m le      0 n i 2 F  Fi  m le  F       （小球相对桌面静止） 如何解决？ l

*2-5力学相对性原理非惯性系与惯性力 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：在地面纬度日处，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=mo2Rcos0 P≈mg-Fcos0 =mg(1-@R cos20/g)=mg(1- os-0 物体的重力P在两极最大，在赤道最小 289

5* –21– 简5谐 力运学动相 简对谐性运原动理的 振非幅惯 性周期系 与频惯率性和力相位 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. 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, 在赤道最小. R r   Fi  mg  O O (1 cos ) 2 2  mg  R  g P  解:在地面纬度 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 