§ 32平动非惯性参考系
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第三章 非惯性参考系不识庐山真面目,只缘身在此山中。
地球的多姿多彩,宇宙的繁荣,也许在这里可以略见一斑。
春光无限,请君且放千里目,别忘了矢量语言在此将大放益彩。
【要点分析与总结】1 相对运动t r r r '=+t t dr dr dr dr dr r dt dt dt dt dtυω'''==+=++⨯ t r υυω''=++⨯()t dv dv d v r a dt dt dtω''+⨯==+222**22()t d r d r d dr r v r dt dt dt dtωωωω'''''=++⨯+⨯+⨯+⨯()2t a a r r v ωωωω''''=++⨯+⨯⨯+⨯t c a a a '=++〈析〉仅此三式便可以使“第心说”与“日心说”归于一家。
(1) 平动非惯性系 (0ω=)t a a a '=+ 即:()t ma F ma '=+-(2) 旋转非惯性系 (0t t a υ==)()2a a r r ωωωωυ''''=+⨯+⨯⨯+⨯2 地球自转的效应(以地心为参考点)2mr F mg m r ω=--⨯写成分量形式为:2sin 2(sin cos )2cos x y z mx F m y my F m x z mz F mg m y ωλωλλωλ⎧=+⎪=-+⎨⎪=-+⎩ 〈析〉坐标系选取物质在地面上一定点O 为坐标原点,x 轴指向南方,y 轴指向东方,铅直方向为 z 轴方向。
2mr F mg m r ω=--⨯ 为旋转非惯性系 ()2F mg mr m r m r m r ωωωω-=+⨯+⨯⨯+⨯在 ,rR ωω条件下忽略 m r ω⨯与 ()m r ωω⨯⨯所得。
正因如此,地球上的物体运动均受着地球自转而带来的科氏力 2m r ω-⨯的作用,也正是它导致了气旋,反气旋,热带风暴,信风,河岸右侧冲刷严重,自由落体,傅科摆等多姿多彩的自然现象。
非惯性参照系非惯性参考系例子基本概念编辑非惯性参照系就是能够对同一个单元观测的被施加作用力的观测参照框架和附加非线性的坐标系的统称。
非惯性参照系的一般来说无穷多。
在经典机械力学中,任何一个使得“伽利略相对性原理”出现异常的参照系都是所谓的“非惯性参照系”。
比如,一个加速转动的参照系;一个加速振动的参照系;……;一个随机任意加速运动的物理现象等等。
即任何一个成立牛顿第一定律和牛顿第二定律不再使得的参照系。
在经典电磁学中,任何一个使得“爱因斯坦相对性原理”出现异常的参照系都是所谓的“非惯性参照系”。
比如,任何一个使得洛仑兹电磁电磁场定律F=qE+qvXB,或者麦克斯韦泊松方程组不再成立的参照系。
惯性力编辑经典力学对力定义相当简单明了——力是物体对物体的积极作用,不错,相当简单明了!于是,人们认为只有具备资格证书两个或两个以上的物体才有资格谈力,凡是谈到力则一定有施力物体,也有受力物体,这似乎保持一致与人们的沃苏什卡相一致。
可是,当人们坐在车上,并以车为参照系时,我们发现车上的物体居然可以无缘无故这回地加速运动起来,似乎有一个似乎内力作用在物体之上,这是一个什么灵气呢?它具有什么性质呢?施力物体是什么?无论我们怎样努力寻找,始终无法把这个力的手部物体找出来。
为了弄清楚原因,我们下了车,在地面上以地面为斜坡参照系索性来观察一番,这时,我们恍然大悟,原来当车一旦发生加速运动时,车上的物体就会在车上相对于车厢圆周运动起来,物体并没有运动而是保持静止状态,物体并没有受到力的作用,当然我们找不到施力物体了。
可见,在不同参照系上观察物体的基本概念运动,观察的结果时会截然不同!于是,人们把参照系或进行了分类,凡是牛顿第二定律能够适用的参照系称为惯性参照系,反之,牛顿第二定律不适用的参照系称为惯性力非惯性参照系。
牛顿第二牛顿所谓是否适用,我们考虑的因素是力的产生条件,如果具备力的诱发条件,则必然符合牛顿第二定律。
通过总结,人们发现,凡是相对地面静止运动做匀速直线或者的参照系都是惯性参照系,而相对于地面做变速运动的参照系地面是非惯性力参照系;在许多的惯性参照系中,相对地面静止的惯性参照系具有特殊的优点,把它叫做毕竟惯性参照系。
平动非惯性参考系在物理学中,参考系是用来描述物体运动状态的基础概念。
在经典力学中,通常使用惯性参考系,即相对于静止或匀速直线运动的参考系。
然而,在某些情况下,惯性参考系可能无法满足需求,这时就需要引入非惯性参考系。
本文将介绍其中一种非惯性参考系:平动非惯性参考系。
什么是平动非惯性参考系?平动非惯性参考系是指相对于一个作直线运动的惯性参考系的非惯性参考系。
在平动非惯性参考系中,牛顿定律不再适用,需要使用特殊的非惯性力来修正运动方程。
举个例子,假设一个人在一辆以匀速直线运动的火车里面,他用一个水杯装满了水,当火车开始运动的时候,水杯里的水可能会产生晃动和溢出现象。
这个现象就与平动非惯性参考系有关。
平动非惯性参考系的影响平动非惯性参考系在物理学中的作用范围非常广泛。
例如,在地球上观测天体的运动时,需要考虑地球的自转和绕太阳的公转运动,这种情况也可以视为使用了平动非惯性参考系。
在空间探索中,由于运动速度极高,使用惯性参考系已经无法满足研究需求,因此必须使用一些特殊的在运动中的参考系,如星载非惯性参考系、行星际非惯性参考系等。
平动非惯性参考系和万有引力定律在使用平动非惯性参考系研究天体运动时,需要注意万有引力定律的适用性。
如果使用平动非惯性参考系来分析行星的运动轨迹,会发现惯性力在运动方向上的分量不为0,因此必须使用正确的非惯性力,才能得到准确的结果。
如果将牛顿定律直接应用在平动非惯性参考系中,得到的结果通常是不正确的。
平动非惯性参考系是一种非常重要的物理学概念,它对我们理解天体运动、空间探索等领域的研究具有重要作用。
在进行物理学研究时,我们必须根据不同的情况选择合适的参考系,才能得到准确的结果。
惯性参考系与非惯性参考系目的•正确理解惯性参考系的定义•正确识别惯性参考系与非惯性参考系•正确理解惯性力的概念•知道惯性力不是物体间的相互作用•会正确运用惯性力计算有关问题思考问题1:牛顿第一定律的内容是什么?(答:一切物体总保持静止或匀速直线运动状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止。
)说明:这条定律正确地说明了力与运动的关系:物体的运动不需要力去维持:力是改变物体运动状态(产生加速度)的原因。
问题2:当你和同伴同时从平台跳下,如各自以自身为参考系,对方做什么运动?(答:对方是静止的。
)问题3:在平直轨道上运动的火车中有一张水平的桌子,桌上有一个小球,如果火车向前加速运动,以火车为参考系,小球做什么运动?(答:小球加速向后运动。
)疑问:问题 2 中,既然对方是静止的,按照牛顿第一定律,他不应受到力的作用,然而每个人都的确受到重力的作用。
这怎么解释呢?问题 3 中,小球加速向后运动,按照牛顿第一定律,小球应受到力的作用,然而小球并没有受到向后的力。
这又怎么解释呢?对这个问题暂时还不能解释,但我们至少能说明一点:并非对一切参考系,牛顿第一定律都成立。
惯性参考系与非惯性参考系我们以牛顿运动定律能否成立来将参考系划分为两类:惯性参考系和非惯性参考系。
•两种参考系•惯性参考系:牛顿运动定律成立的参考系,简称惯性系。
中间空出两行。
•非惯性参考系:牛顿运动定律不能成立的参考系。
要判断一个参考系是否为惯性参考系,最根本的方法是根据观察和实验;判断牛顿运动定律在参考系中是否成立。
分析问题 2 :当你和同伴同时从平台跳下,以地面为参考系,做匀加速运动。
由于人受重力作用,所以人做匀加速运动,这是符合牛顿运动定律的。
我们生活在地球上,通常是相对地面参考系来研究物体运动的。
伽利略的理想实验以及我们前面做过的研究运动和力的关系的实验,都是以地面作参考系的。
在地面上作的许多观察和实验表明:牛顿运动定律对地面参考系是成立的。