大學物理-力學B課件

力學電子教案清華大學物理系基礎教研室大學物理力學電子教案清華大學物理系基礎教研室大學物理第二章牛頓運動定律2.1牛頓運動定律2.2SI單位和量綱（自學）2.3常見力（自學）2.4基本自然力（自學）2.5應用牛頓定律解題2.6慣性系和非慣性系2.7慣性力2.8科氏加速度和科氏力2.9潮汐力和潮汐第二章牛頓運動定律2.1牛頓運動定律2.2SI單位2.1牛頓運動定律一.牛頓第一定律（慣性定律）和慣性系任何物體如果沒有力作用在它上面，都將保持靜止的或作勻速直線運動的狀態(tài)。1.定義了慣性參考系靜止或運動相對誰?宇宙只有一個物體如何?2.定性了物體的慣性和力保持運動狀態(tài)和改變運動狀態(tài)絕對時空觀？慣性系遙遠的星體作為慣性系北極的傅科擺水桶實驗馬赫：一切運動都是相對于某種物質實體而言。2.1牛頓運動定律一.牛頓第一定律（慣性定律）和慣性系任二.牛頓第二定律rrrrFptdpdtma===limDDt?D0力的疊加原理m

為慣性質量三.牛頓第三定律(作用力與反作用力)作用力與反作用力大小相等、方向相反，作用在不同物體上只在慣性系成立二.牛頓第二定律rrrrFptdpdtma===limDD2.5應用牛頓定律解題自學書上內容遇到微積分？例：一柔軟繩長l，線密度r，一端著地開始自由下落，下落的任意時刻，給地面的壓力為多少？解：在豎直向上方向建坐標，地面為原點（如圖）。0yly設壓力為N2.5應用牛頓定律解題自學書上內容遇到微積分？例：一柔軟繩大學物理-力學B課件2.6慣性系和非慣性系地面參考系，自轉加速度地心參考系，公轉加速度太陽參考系，繞銀河系加速度牛頓定律在慣性系成立aEaS在E參考系，運動符合牛頓定律，在S

則不然近似慣性系a~3.4

cm/s2a~310-8

cm/s2a~0.6

cm/s22.6慣性系和非慣性系地面參考系，自轉加速度地心參考系2.7慣性力兩個平動參考系之間，加速度變換設S

系為慣性系，S'系為非慣性系質點m

在S系不隨參考系變化在S'

系在非慣性系引入虛擬力或慣性力在非慣性系S'系結論可推廣到非平動的非慣性系，如轉動參考系。牛二在非慣性系不成立牛二在非慣性系形式上成立2.7慣性力兩個平動參考系之間，加速度變換設S系為慣例：一勻加速運動的車廂內，觀察單擺，平衡位置和振動周期如何變化？（加速度a0

，擺長l，質量m）a0SS'mgma0解：在S'系平衡位置周期例：一勻加速運動的車廂內，觀察單擺，平衡位置和振動周期a0S例：自由落體的參照系SS'a=gmgmaS'是理想的無外力作用的參考系可以嚴格檢驗慣性定律愛因斯坦的廣義相對論例：慣性離心力質點m

在S'靜止在S

向心加速度RSS'T離心方向例：自由落體的參照系SS'a=gmgmaS'是理想的無外重力加速度wq*在地表面用g

，已考慮慣性離心力在內g赤道=9.778m/s2g北極=9.832m/s2重力加速度wq*在地表面用g，已考慮慣性離心力在內g赤道例：水桶以旋轉，求水面形狀？解：水面z

軸對稱，選柱坐標系。任選水面一小質元，在切線方向靜止，在旋轉參考系rzmgmrw2例：水桶以旋轉，求水面形狀？解：水面z軸對稱，選柱坐求：1.月球所受地球和太陽的引力之比？

2.月球在地心參考系的運動方程？例：sunearthmoonmmkgkg=(..)...?11822430149103841059751019910045解：1.FFMrMrrrMMEMSMEEMSSMSMEMES,,,,,,==2222求：1.月球所受地球和太陽的引力之比？例：suneart2.在地心參考系月球

在太陽參考系地球受力2.在地心參考系月球在太陽參考系地球受力2.8科氏加速度和科氏力桌面勻角速轉動，一質點在桌面上的徑向凹槽內，作無摩擦勻速運動k質點在圓心上r=0，彈簧為自然長度，r處krmr=w2km=w2彈性力與離心力總處于平衡，一旦質點沿徑向獲速v

，將保持勻速運動。2.8科氏加速度和科氏力桌面勻角速轉動，一質點k質點在圓心S`wvvDtSwvDqvv（r+Dr）wrwDqrr+DrS`wvvDtSwvDqvv（r+Dr）wrwDqrr+Dr（r+Dr）wrwDqrr+Drvvv方向變化DvDqavtvtv===DDDDqw轉動速度大小變化artv==wwDD轉動速度方向變化ar=w2切向切向內法向（r+Dr）wrwDqrr+Drvvv方向變化DvD在S

科氏加速度向心加速度在S`系有兩個慣性力，科氏力和離心力vwr桌面勻角速轉動，一質點在桌面上的同心圓環(huán)凹槽內，作無摩擦勻速運動在S科氏加速度向心加速度在S`系有兩個慣性力，科氏力在慣性系在轉動參考系一般地在慣性系在轉動參考系一般地wvrvqvjq落體偏東江水沖刷右岸推廣到三維球面wvrvqvjq落體偏東江水沖刷右岸推廣到三維球面大學物理-力學B課件2.9潮汐力和潮汐一小塊海水受月球引力地心運動xyRCC'r'rm2.9潮汐力和潮汐一小塊海水受月球引力地心運動xyRCC'在地心參考系地心參考系下除地球引力外的剩余力在地心參考系地心參考系下xyRCC'r'rmqfxyRCC'r'rmqfxyxy日大潮月地地月日小潮日大潮月地地月日小潮固體潮：引潮力對固體作用使之形變，但應變稍有延遲地對月：月球自轉和公轉周期相同月球在地球上引起的固體潮形成阻止地球自轉的反力矩，減慢地球自轉速度，3億年前地球400天/每年，現(xiàn)只有365.25天/每年.月地延遲角固體潮：引潮力對固體作用使之形變，但應變稍有延遲地對月：月球大學物理-力學B課件地震與潮汐的關系：引潮力觸發(fā)地震

常發(fā)生于夜間常發(fā)生于陰歷初一，十五（大潮期）左右。唐山地震：76農七月初二神戶地震：95農十二月十七印度地震：93農八月十五月球撞擊地球前，引潮力將撕碎它彗星撞擊木星地震與潮汐的關系：引潮力觸發(fā)地震月球撞擊地球前，引潮力將撕碎力學電子教案清華大學物理系基礎教研室大學物理力學電子教案清華大學物理系基礎教研室大學物理第二章牛頓運動定律2.1牛頓運動定律2.2SI單位和量綱（自學）2.3常見力（自學）2.4基本自然力（自學）2.5應用牛頓定律解題2.6慣性系和非慣性系2.7慣性力2.8科氏加速度和科氏力2.9潮汐力和潮汐第二章牛頓運動定律2.1牛頓運動定律2.2SI單位2.1牛頓運動定律一.牛頓第一定律（慣性定律）和慣性系任何物體如果沒有力作用在它上面，都將保持靜止的或作勻速直線運動的狀態(tài)。1.定義了慣性參考系靜止或運動相對誰?宇宙只有一個物體如何?2.定性了物體的慣性和力保持運動狀態(tài)和改變運動狀態(tài)絕對時空觀？慣性系遙遠的星體作為慣性系北極的傅科擺水桶實驗馬赫：一切運動都是相對于某種物質實體而言。2.1牛頓運動定律一.牛頓第一定律（慣性定律）和慣性系任二.牛頓第二定律rrrrFptdpdtma===limDDt?D0力的疊加原理m

為慣性質量三.牛頓第三定律(作用力與反作用力)作用力與反作用力大小相等、方向相反，作用在不同物體上只在慣性系成立二.牛頓第二定律rrrrFptdpdtma===limDD2.5應用牛頓定律解題自學書上內容遇到微積分？例：一柔軟繩長l，線密度r，一端著地開始自由下落，下落的任意時刻，給地面的壓力為多少？解：在豎直向上方向建坐標，地面為原點（如圖）。0yly設壓力為N2.5應用牛頓定律解題自學書上內容遇到微積分？例：一柔軟繩大學物理-力學B課件2.6慣性系和非慣性系地面參考系，自轉加速度地心參考系，公轉加速度太陽參考系，繞銀河系加速度牛頓定律在慣性系成立aEaS在E參考系，運動符合牛頓定律，在S

則不然近似慣性系a~3.4

cm/s2a~310-8

cm/s2a~0.6

cm/s22.6慣性系和非慣性系地面參考系，自轉加速度地心參考系2.7慣性力兩個平動參考系之間，加速度變換設S

系為慣性系，S'系為非慣性系質點m

在S系不隨參考系變化在S'

系在非慣性系引入虛擬力或慣性力在非慣性系S'系結論可推廣到非平動的非慣性系，如轉動參考系。牛二在非慣性系不成立牛二在非慣性系形式上成立2.7慣性力兩個平動參考系之間，加速度變換設S系為慣例：一勻加速運動的車廂內，觀察單擺，平衡位置和振動周期如何變化？（加速度a0

，擺長l，質量m）a0SS'mgma0解：在S'系平衡位置周期例：一勻加速運動的車廂內，觀察單擺，平衡位置和振動周期a0S例：自由落體的參照系SS'a=gmgmaS'是理想的無外力作用的參考系可以嚴格檢驗慣性定律愛因斯坦的廣義相對論例：慣性離心力質點m

在S'靜止在S

向心加速度RSS'T離心方向例：自由落體的參照系SS'a=gmgmaS'是理想的無外重力加速度wq*在地表面用g

，已考慮慣性離心力在內g赤道=9.778m/s2g北極=9.832m/s2重力加速度wq*在地表面用g，已考慮慣性離心力在內g赤道例：水桶以旋轉，求水面形狀？解：水面z

軸對稱，選柱坐標系。任選水面一小質元，在切線方向靜止，在旋轉參考系rzmgmrw2例：水桶以旋轉，求水面形狀？解：水面z軸對稱，選柱坐求：1.月球所受地球和太陽的引力之比？

2.月球在地心參考系的運動方程？例：sunearthmoonmmkgkg=(..)...?11822430149103841059751019910045解：1.FFMrMrrrMMEMSMEEMSSMSMEMES,,,,,,==2222求：1.月球所受地球和太陽的引力之比？例：suneart2.在地心參考系月球

在太陽參考系地球受力2.在地心參考系月球在太陽參考系地球受力2.8科氏加速度和科氏力桌面勻角速轉動，一質點在桌面上的徑向凹槽內，作無摩擦勻速運動k質點在圓心上r=0，彈簧為自然長度，r處krmr=w2km=w2彈性力與離心力總處于平衡，一旦質點沿徑向獲速v

，將保持勻速運動。2.8科氏加速度和科氏力桌面勻角速轉動，一質點k質點在圓心S`wvvDtSwvDqvv（r+Dr）wrwDqrr+DrS`wvvDtSwvDqvv（r+Dr）wrwDqrr+Dr（r+Dr）wrwDqrr+Drvvv方向變化DvDqavtvtv===DDDDqw轉動速度大小變化artv==wwDD轉動速度方向變化ar=w2切向切向內法向（r+Dr）wrwDqrr+Drvvv方向變化DvD在S

科氏加速度向心加速度在S`系有兩個慣性力，科氏力和離心力vwr桌面勻角速轉動，一質點在桌面上的同心圓環(huán)凹槽內，作無摩擦勻速運動在S科