大学物理:§2.3 惯性系与非惯性系
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惯性系和非惯性系在物理学中,我们经常会听到惯性系和非惯性系这两个概念。
它们是研究物体运动的基本框架。
在本文中,我们将详细介绍这两个概念以及它们在物理学中的重要性。
惯性系惯性系可以理解为一个相对静止的观察者的参照系,它是一个特殊的参照系。
在这个参照系下,物体遵循牛顿第一定律,即物体会沿其原来的运动状态保持匀速直线运动,或者保持静止。
也就是说,物体只有在有外力作用的情况下才会改变它的运动状态。
比如,我们坐在在公交车上,如果不受到摩擦力的作用,我们会感觉到自己像是在静止的房间里,而不是在加速的车厢里。
这种感觉的原因就在于我们是在一个惯性系内观察了运动状态。
另外值得一提的是,一个不受到任何力的自由物体的行为也可以看做是其被置于一个惯性系内。
非惯性系相比之下,非惯性系则是一个正在运动或者加速的参照系。
在这个参照系下,物体不再遵循牛顿第一定律。
我们需要引入“惯性力”来描述物体被非惯性系所影响的行为。
所谓的惯性力就是物体在非惯性系下所受到的虚拟力,它的作用方向与物体的加速度相反,大小与物体的质量成正比。
这个虚拟的力被引入我们是为了让物体在非惯性系内也能够遵循牛顿三定律。
非惯性系是物理学中一个有极大重要性的概念,因为它涉及到了质量、加速度以及惯性力等许多基本物理量的计算。
而随着科技的不断发展,我们对于非惯性系的研究也愈加深入和广泛。
相信随着时间的推移,非惯性系在物理学中的重要性会愈加突显。
惯性系和非惯性系的应用惯性系和非惯性系的概念在物理学中有着广泛的应用。
在机械领域中,我们经常需要研究物体在不同的惯性系中的运动规律,以便于更好的设计和制造机械设备。
在天体物理领域,我们需要研究由于地球自转而造成的非惯性系对于行星运动的影响。
在计算机图形学中,我们需要决定在哪个坐标系中进行渲染。
因此,惯性系和非惯性系的概念是研究物体运动规律以及物理学应用的基础。
总结惯性系和非惯性系是物理学中非常重要的概念。
惯性系是一个相对静止的参照系,它遵循牛顿第一定律。
惯性坐标系与非惯性坐标系相对于惯性系作加速运动的参考系就是非惯性系。
在非惯性系中,牛顿运动定律不能适用的。
惯性系:相对于地球静止或作匀速直线运动的物体。
非惯性系:相对地面惯性系做加速运动的物体。
平动加速系:相对于惯性系作变速直线运动,但是本身没有转动的物体。
例如:在平直轨道上加速运动的火车。
转动参考系:相对惯性系转动的物体。
例如:转盘在水平面匀速转动。
关于牛顿力学有关惯性系的概念,爱因斯坦有这样的批评:“古典力学想要说明一个物体不受外力,必须证明它是惯性的,想要说明一个物体是惯性的,有必须证明它不受外力。
”从而犯了逻辑循环的错误。
上面讲话的意思是,古典力学要想知道一个物体的受力状态,就要预先知道它的运动状态,而要想知道一个物体的运动状态,就必须预先知道其受力状态,但由于古典力学无法预先确定两者中的任何一个,另一个也就同样无法确定。
不过,这个批评很明显地不符合事实,因为这段话的前半部分虽然还看不出有什么错误,牛顿正是由于行星绕太阳的非惯性运动,才判定各行星受到力的作用的,但后半段则是完全不顾事实的,在谈论这个问题时应以事实为根据。
科学的历史告诉我们,在牛顿力学问世以前,人类早已对太阳系内各大天体的运动状态有了基本了解,并建立了哥白尼系统的宇宙图形。
人们取得如此的成就依靠的并不是力学定律和力学实验,而是长期的天文观测数据。
人们是在对太阳系内各天体的运动状态已有了基本了解后才找到牛顿的力学定律的。
所以“古典力学对天体运动状态的了解要取决于对天体受力状态的了解”这个论断是完全违背事实的。
当然,牛顿力学的建立使人们对天体的运动规律有比较以前更为深刻的理解,但无论如何,天文观测的数据总是第一位的,而不是开普勒三定律和牛顿定律创造了这些数据。
牛顿力学问世后,曾有人利用力学计算的方法预计了海王星的存在,似乎是先知道力学定律,然后才知道星体运动的。
但是不能忘记,这些计算方法所依据的原理是从已知星体运动归路总结出来的,所以总的来说,人们是先知道天体的受力状态的。
惯性力与非惯性系摘要惯性力是非惯性系中的非真实力,本文证明了在非惯性系中将惯性力视为真实力计入后,惯性系下的所有力学规律在非惯性系下都能成立。
当惯性力做功与路径无关时,可以引入惯性力势能,引入惯性力势能并计入系统总机械能后,机械能守恒体系中的条件与结论也仍然成立。
关键字:非惯性系; 惯性力; 惯性力势能ABSTRACTInertia force is unreal power in non-inertia system. It proves in this article that when inertia force is added as real power in non-inertia system, all the mechanical laws which apply in inertia system also do in non-inertial system. When inertia force’s doing work has nothing to do with path, potential energy can be brought in. The conditions and conclusions still apply in the system of conservation of mechanical energy when it adds potential energy to the total mechanical energy.Keywords:Non-inertial; Inertia; Inertial force potential energy1非惯性系与惯性力我们在描绘物体的运动状态时,称选作参照场的物体或物体群,为参照系。
又因为牛顿第一定律又称为惯性定律。
所以凡适用用牛顿定律的参照系都可以称作惯性参照系。
从伽俐若相对性原理中还得到:相对于惯性参照系作匀速直线运动的参照系来说,其力学过程是完全等价的。
惯性系和非惯性系引言在物理学中,惯性系和非惯性系是非常重要的概念。
它们对于我们研究物体运动以及描述物理现象有着重要的意义。
本文将介绍惯性系和非惯性系的定义,以及它们在物理学中的应用。
惯性系的定义惯性系是指一个参考系,在该参考系中,一个物体如果不受外力作用,将会保持静止或匀速直线运动。
也就是说,物体在惯性系中的运动状态是恒定的,不受任何力的干扰。
在惯性系中,牛顿第一定律成立。
非惯性系的定义非惯性系是指一个参考系,在该参考系中,有一外力作用在物体上。
由于外力的作用,物体在非惯性系中的运动状态将发生变化,不再是简单的匀速直线运动或静止状态。
惯性力的引入当物体在非惯性系中运动时,由于外力的作用,物体会出现看似无法解释的非惯性现象,在分析这些现象时,我们常常需要引入惯性力的概念。
惯性力是指一个与物体的加速度方向相反的力,它的大小等于物体的质量乘以加速度的大小。
应用举例1.离心力:想象一个绳子上带有小球的旋转木马,当木马转动时,小球会受到一个向外的离心力,这是因为在旋转坐标系中,小球受到了一个向中心的加速度,而离心力则是一个向外的力,使小球始终保持在木马上。
2.地球自转:地球自转产生了一个向外的离心力,这使得我们站在地面上的物体受到向下的压力,也就是我们常说的重力。
在非惯性系中,地球的自转速度会使物体受到一个看似向下的加速度,而这个加速度正好被重力所抵消,所以我们感觉不到地球的自转运动。
3.电梯加速:当乘坐电梯上升或下降时,我们会感受到一个向上或向下的力,这其实是地球引力与电梯的加速度之和,这个力使我们感觉到了重量的变化。
总结惯性系和非惯性系是物理学中非常重要的概念。
惯性系是一个物体在其中保持静止或匀速直线运动的参考系,而非惯性系则是一个物体在其中受到外力作用的参考系。
在非惯性系中,我们常常需要引入惯性力来解释一些看似无法解释的现象。
惯性力是与物体的加速度方向相反的力,它的大小等于物体的质量乘以加速度的大小。
惯性坐标系与非惯性坐标系相对于惯性系作加速运动的参考系就是非惯性系。
在非惯性系中,牛顿运动定律不能适用的。
惯性系:相对于地球静止或作匀速直线运动的物体。
非惯性系:相对地面惯性系做加速运动的物体。
平动加速系:相对于惯性系作变速直线运动,但是本身没有转动的物体。
例如:在平直轨道上加速运动的火车。
转动参考系:相对惯性系转动的物体。
例如:转盘在水平面匀速转动。
关于牛顿力学有关惯性系的概念,爱因斯坦有这样的批评:“古典力学想要说明一个物体不受外力,必须证明它是惯性的,想要说明一个物体是惯性的,有必须证明它不受外力。
”从而犯了逻辑循环的错误。
上面讲话的意思是,古典力学要想知道一个物体的受力状态,就要预先知道它的运动状态,而要想知道一个物体的运动状态,就必须预先知道其受力状态,但由于古典力学无法预先确定两者中的任何一个,另一个也就同样无法确定。
不过,这个批评很明显地不符合事实,因为这段话的前半部分虽然还看不出有什么错误,牛顿正是由于行星绕太阳的非惯性运动,才判定各行星受到力的作用的,但后半段则是完全不顾事实的,在谈论这个问题时应以事实为根据。
科学的历史告诉我们,在牛顿力学问世以前,人类早已对太阳系内各大天体的运动状态有了基本了解,并建立了哥白尼系统的宇宙图形。
人们取得如此的成就依靠的并不是力学定律和力学实验,而是长期的天文观测数据。
人们是在对太阳系内各天体的运动状态已有了基本了解后才找到牛顿的力学定律的。
所以“古典力学对天体运动状态的了解要取决于对天体受力状态的了解”这个论断是完全违背事实的。
当然,牛顿力学的建立使人们对天体的运动规律有比较以前更为深刻的理解,但无论如何,天文观测的数据总是第一位的,而不是开普勒三定律和牛顿定律创造了这些数据。
牛顿力学问世后,曾有人利用力学计算的方法预计了海王星的存在,似乎是先知道力学定律,然后才知道星体运动的。
但是不能忘记,这些计算方法所依据的原理是从已知星体运动归路总结出来的,所以总的来说,人们是先知道天体的受力状态的。