惯性系和非惯性系

1、惯性系和非惯性系惯性系和非惯性系描写物体的运动，可以考虑研究问题的方便，而任意选择参考系.一个乘客在加速的火车车厢里行走， 描述他的运动，可以用地面作参考系，也可以用车厢作参考系.但 是，确定运动和力的关系的牛顿运动定律，却不是对任何参考系都成立的.我们生活在地球上，通常是相对于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，都是用地面作参考系的. 在地面上所做的许多观察和 实验表明，牛顿运动定律对地面参考系是成立的.除了地面参考系，牛顿运动定律还对什么参考系成立呢？ 1632年，伽利略发表了关于两种世界体系的对话一书，其 中对船舱里观察到的现象有一

2、段生动的描述：“船停着不动时，你留神观察，小虫都以等速向各方向 飞行，鱼向各个方向随意游动，水滴滴进下面的罐中；你把任何 东西扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不比向另一方 向用更多的力.你双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相 同.当你仔细观察这些事情之后，再使船以任何速度前进，只要 运动是匀速的，也不忽左忽右地摆动，你将发现，所有上述现象丝毫没有变化.你也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运 动还是停着不动伽利略的这段描述说明：在相对于地面做匀速直线运动的船舱里进行的力学实验和观测， 与地面上的力学实验和观测， 结果 并没有差异.这就是说，以相对于地面做匀速直线运动的物体作 为参考

3、系，牛顿运动定律也是成立的.在相对于地面做变速运动的参考系中，牛顿运动定律是否成立呢？先设想有一辆做匀速直线运动的车厢，在车厢里的桌面上放一个小球.相对于车厢参考系来说，小球保持静止，小球所受 的合外力为零，符合牛顿运动定律.现在设想车厢开始向右做加 速运动，在车厢里观测，小球将向左做加速运动（图3-18 ）,而小球并没有受到其他物体的作用力，所受的合力仍为零.这说明；在相对于地面做变速运动的车厢里， 牛顿运动定律不再成立.團 3-18牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系.牛顿运动定律不成立的参考系，称为非惯性系.研究地面上 物体的运动，地面参考系通常可认为是惯性系， 相对于地

4、面做匀 速直线运动的参考系，也是惯性系.研究行星的公转时，太阳参 考系可认为是惯性系.在本书中，我们一般都以惯性系作为参考 系.非惯性系和惯性力牛顿运动定律在非惯性系中不成立， 可是，有时要在非惯性系中处理问题. 例如研究大气和海水流动这 类大范围的运动，要考虑地球自转的影响， 这时地面参考系不能 认为是惯性系，而是非惯性系.人们生活在地球上，用地面参考 系比较习惯.怎样解决这类问题？如果引入“惯性力”的概念， 在形式上，却可以使牛顿运动定律在非惯性系中成立，这样就可以在非惯性中方便地处理问题了.在图3-18中，以车厢作参考系，小球以大小为a的加速度向 左运动，我们可以认为小球受到一个水平向左的力F,在这个力的作用下，使小球产生水平向左的加速度a.这个力F叫做惯性力.在高中地理课本“沿地表水平运动物体的偏移” 中提到的“地 转偏向力”，也是一种惯性力，它是因地球自转而引起的.跟通 常意义下的“真实的”力不同，惯性力是形式上引入的“假想的” 力.“真实的”力有施力物体，惯性力没有施力物体.在以加速