大学物理：2-5非惯性系

1、第二章第二章 质点动力学质点动力学大学大学物理物理2-5 2-5 非惯性系非惯性系1牛顿定律仅适用于惯性系牛顿定律仅适用于惯性系 S ： 牛顿定律成立牛顿定律成立S ：牛顿定律不成立牛顿定律不成立aS m光滑光滑Sm光滑光滑静止静止静止静止av惯性系：相对地面静止或作匀速直线运动的参考系2.5.1 2.5.1 力学相对性原理力学相对性原理xx yyzzoouPu vv为常量为常量uddddttvvaaFamamF第二章第二章 质点动力学质点动力学大学大学物理物理2-5 2-5 非惯性系非惯性系22.5.2 2.5.2 非惯性系与惯性力非惯性系与惯性力 1 1 非惯性系非惯性系 选做加速运动的物

2、体作为参考系时，牛顿定律不成立，这样的参考系称为非惯性系2 2 加速平动参考系中的惯性力加速平动参考系中的惯性力 m设有一质点力 作用下产生 a物对惯ffma物对惯惯性系 S非惯性系 Sa非对惯a物对非 aaa物对惯物对非非对惯第二章第二章 质点动力学质点动力学大学大学物理物理2-5 2-5 非惯性系非惯性系3fma物对惯mama物对非非对惯fmama非对惯物对非在 系中观察 Sfma非对惯为了在非惯性系中形式地应用牛顿第二定律而必须引入的力叫惯性力 fma 惯非对惯()m aa物对非非对惯ffma惯物对非 aaa物对惯物对非非对惯第二章第二章 质点动力学质点动力学大学大学物理物理2-5 2-

3、5 非惯性系非惯性系4设设S系相对惯性系系相对惯性系 S 匀速转动。匀速转动。 物体物体 m 在在 S 中静止的情形中静止的情形)(2rmamfns 即：即：02 rmfs , 0 a令令00 amFfsS：则则rmF20 惯性离心力 (inertial centrifugal force)rm2 3 匀速转动非惯性系中的惯性力匀速转动非惯性系中的惯性力SrSm fSoS：第二章第二章 质点动力学质点动力学大学大学物理物理2-5 2-5 非惯性系非惯性系5本质上是物体惯性的体现。它不是物体间的相互作用，没有反作用力，但有真实的效果 ffma惯物对非地球近似看作惯性系（自转，公转），相对地面静止

4、或做匀速直线运动的物体均可作为惯性系惯性离心力与向心力的比较：作用在同一物体上向心力是真实力作用的表现惯性离心力是虚拟力，是运动物体的惯性在转动参考系中的表现223.4 10 (/)nam s自转：220.6 10 (/)nam s公转：第二章第二章 质点动力学质点动力学大学大学物理物理2-5 2-5 非惯性系非惯性系6am例:在水平轨道上有一节车厢以加速度 行进，在车厢中看到有一质量为 的小球静止地悬挂在天花板上，求悬线与竖直方向的夹角。xyoxyoao x y 解：以小球为研究对象，以车厢为参考系建立坐标系mgTf 对小球应用牛顿第二定律，得：sin0 xTf方向：cos0yTmg方向：f

5、ma 联立得：()aarctgg第二章第二章 质点动力学质点动力学大学大学物理物理2-5 2-5 非惯性系非惯性系71m g7例：例：以匀加速度以匀加速度a0上升的电梯内，两物体上升的电梯内，两物体( (质量质量m1m2 ) )用一轻绳连接后悬挂于轻滑轮上。求绳中的张力和物用一轻绳连接后悬挂于轻滑轮上。求绳中的张力和物体相对于电梯的加速度体相对于电梯的加速度a 。解法解法1 1：以地为惯性参考系。以地为惯性参考系。解得解得列方程：列方程：11 110()Tm gm am aa 22220()Tm gm am aa12012()mmaagmm 120122()m mTagmm2a2m g1aoy0a2m1maTT第二章第二章 质点动力学质点动力学大学大学物理物理2-5 2-5 非惯性系非惯性系88解法解法2 2：以电梯为非惯性参考系。以电梯为非惯性参考系。列方程：列方程：解得解得10fm a惯惯1 120fm a惯惯2 211Tm gfm a 惯惯1 122Tm gfm a惯惯2 212012()mmaagmm 120122()m mTagmmf惯惯1 11m gaT1mf惯惯2 22m gaT2ma0a1m2moy第二章第二章 质点动力学质点动力学大学大学物理物理2-5 2-5 非惯性系非惯性系99讨论讨论当电梯加速下降