牛顿运动定律(关.ppt

第二章 牛顿运动定律,2.1 牛顿运动定律,2.2 SI 单位和量纲（自学）,2.3 常见力,2.4 基本自然力,2.5 应用牛顿定律解题,2.6 惯性系和非惯性系,2.7 惯性力,一、牛顿运动定律,二、牛顿定律的应用,三、非惯性系,2.1 牛顿运动定律,一. 牛顿第一定律（惯性定律）,任何物体如果没有力作用在它上面，都将保持静止的或作匀速直线运动的状态。,1. 定义了惯性参考系,2. 定性了物体的惯性,3. 给出了力的概念,二. 牛顿第二定律,1、力的叠加原理,2、m 为惯性质量,在受到外力作用时，物体所获得的加速度的大小与外力成正比，与物体的质量成反比；加速度的方向与外力的矢量和的方向相同。,三. 牛顿第三定律(作用力与反作用力),作用力与反作用力大小相等、方向相反， 作用在不同物体上,以上是牛顿三大定律它们只在惯性系成立,两个物体之间对各自对方的相互作用总是相等的，而且指向相反的方向。,2、3常见的几种力,1重力：地球吸引使物体所受的力。大小为质量与重力加速度的乘积，方向竖直向下。,2弹力：发生形变的物体，由于力图恢复原 状，对与它接触的物体产生的作用力。 如压力、张力、拉力、支持力、弹簧的弹 力。 在弹性限度内f=-kx,方向总是与形变的 方向相反。,3、摩擦力：物体运动时，由于接触面粗糙 而 受到的阻碍运动的力。分滑动摩擦 力和静摩擦力。大小分别为fk= kN 及fsmax=sN。,4、流体阻力：物体在流体中与流体有相对运动 时所受到的流体对它的阻力。其 方向与物体相对于流体的速度方 向相反，大小与相对速度的大小 有关。当速度较小时 较大时,在空气中，物体所受的流体阻力为：,当流体阻力与物体所受重力相等时，下落物体达到最大的终极速率，可以算出空气中下落物体的终极速率为：,2.4基本的自然力,1、万有引力：,G=6.6710-11Nm2/kg2,例、地球对物体的引力 Pmg=GMm/R2 所以g=GM/R2,2、电磁力：（库仑力） f=kq1q2/r2 k=9 109Nm2/C2,注意：电磁力远远大于万有引力！,3、强力：粒子之间的一种相互作用，作用范围在0.410-15米至10-15米。,4、弱力：粒子之间的另一种作用力，力程短、力弱（102牛顿）,四种基本自然力的特征和比较,力的种类 相互作用的物体 力的强度 力 程,万有引力 一切质点 1034N 无限远 弱力 大多数粒子 102N 小于1017m 电磁力 电荷 102N 无限远 强力 核子、介子等 104N 1015m,2.5 应用牛顿定律解题,一柔软绳长 l ，线密度 r，一端着地开始自由下落，下落的任意时刻，给地面的压力为多少？,设压力为 N,例2、水平面上有一质量为51kg的小车D，其上有一定滑轮C，通过绳在滑轮两侧分别连有质量为m1=5kg和m2=4kg的物体A 和B。其中物体A在小车的水平面上，物体B被绳悬挂，系统处于静止瞬间，如图所示。各接触面和滑轮轴均光滑，求以多大力作用在小车上，才能使物体A与小车D之间无相对滑动。（滑轮和绳的质量均不计，绳与滑轮间无滑动）,解：建立坐标系并作受力分析图：,列方程：,解出：,=784N,例3、质量为m的小球，在水中受的浮力为常力F，当它从静止开始沉降时，受到水的粘滞阻力为f=kv(k为常数为），证明小球在水中竖直沉降的速度v与时间t的关系,式中t为从沉降开始计算的时间,证明：取坐标，作受力图。,根据牛顿第二定律，有,初始条件：t=0 时 v=0,得证。,例4、在倾角为的圆锥体的侧面放一质量为m的小物体，圆锥体一角速度绕竖直轴匀速转动。轴与物体间的距离为R，为了使物体能在锥体该处保持静止不动，物体与锥面间的静摩擦系数至少为多少？并简单讨论所得到的结果。,对给定的、R和，不能小于此值否则最大静摩擦力不足以维持m在斜面上不动。,讨论：由0,可得：gcos- 2 Rsin0,所以：,时，物体不可能在锥面上静止不动,当,2。6 惯性和非惯性参照系,一、加速平动的非惯性系,甲：物体水平方向不受 力，所以静止在原处。 乙：物体水平方向不受力，为什麽产生了加速度？,甲：物体水平方向受拉力，所以随小车加速前进。 乙：物体水平方向受拉力，为什麽静止在原处？,二、匀速转动的非惯性系,A:质点受绳子的拉力提供的向心力，所以作匀速圆周运动。,B：质点受绳子的拉力，为什麽静止？,牛顿定律成立的参考系为惯性参考系，不成立的参考系为非惯性系。加速运动的参考系均为非惯性系。,2.7 惯性力,两个平动参考系之间，加速度变换,质点 m 在 S 系,在非惯性系引入虚拟力或惯性力,在非惯性系 S 系,牛二在非惯性系 形式上成立,1、平动非惯性系中,2、在匀速转动的非惯性系中，惯性离心力,例、与水桶绕自身的铅直轴以角速度旋转，当水与桶一起转动时，水面的形状如何？,mr2,解：在与桶共转的参考系内液块m受力：重力mg和惯性离心力m2