1、第二章,牛顿运动定律,2-1 牛顿运动三定律,牛顿，英国科学家，于1687年出版了伟大的科学著作自然哲学的数学原理,提出了力学三大运动定律，发明了微积分，对光学和天文学也有重要贡献。,一.牛顿运动三定律,第一定律：任何物体都保持其静止或沿一直线作匀速运动状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。,时， 恒矢(包括零),即,2.力是物体运动状态变化的原因,内涵,1.物体具有惯性-惯性定律,3.定义了一种参考系-惯性参考系,牛顿对“运动”定义为物体的质量与速度的乘积，即动量,第二定律：运动的改变和所加的动力成正比，且发生在力的作用线方向上。,有,表示运动状态的变化与力的瞬时关系,m为常量时有,
2、内涵,质量是物体惯性的量度-惯性质量,第二定律进一步给出了力和运动的定量关系,力的作用是相互的(同时存在，同时消失),第三定律：每一个作用总有一个相等的反作用与它相对抗；或者说两物体彼此之间的相互作用永远相等，并且各自指向对方。,即,内涵,二.几点说明:,力的概念：力是使物体运动状态发生改变(或使物体获得加速度)的作用，这种作用是其它物体施给它的。,力的叠加原理或独立性原理,实验表明：几个力同时作用等效于一个力的作用，这个力与这几个力的矢量和相等。,力的叠加原理,- 是各外力分别作用时所产生的加速度的矢量和,合外力,即,即,只是数值上等于合外力，它本身不是力。外力改变时，它也同时改变，它们同时
3、存在，同时改变,同时消失。,牛顿第二定律只适用于质点或可看着质点的物体。,惯性定律成立的参照系为惯性参照系，牛顿定律只适用于惯性系。,一.基本的自然力,自然界只存在四种基本的力，其它的力都是这四种力的不同表现。,2-2 力学中常见的力,1.万有引力：物体间表现出的固有的相互作用(长程作用)。,万有引力定律,万有引力常量,质量为m的物体所受重力为,M：地球的质量，R：地球的半径,2.电磁力：发生在电荷间(电作用)、运动电荷间(磁作用)的相互作用(长程力)。,两个静止的带电粒子之间的作用力由库仑定律给出,在国际单位制中,相邻质子间库仑力和引力分别为,4.弱力：各种粒子间的一种相互作用，如衰变(短程
4、力10-18m),3.强力：存在于质子、中子、介子等强子之间的作用力(短程力10-15m),宏观物体间所能观测的是电磁和引力相互作用,弹力、摩擦力、流体阻力，以及气体压力、浮力、粘滞阻力等等，从根本上说都是电磁力。,二.技术中常见力,1.重力：,2.弹力：,正压力、,拉力、,张力、,弹簧弹力,3.摩擦力：,当 时,静摩擦力,最大静摩擦力,：静摩擦系数,当 时，,滑动摩擦力,：滑动摩擦系数,2-3惯性系和非惯性系,对地对车,对地,对车,-牛顿定律不成立,牛顿定律适用的参照系称为惯性系，反之则称为非惯性系。,参照系的选取是任意的，但牛顿定律并不是对任何参照系都成立。,一.惯性系和非惯性系,说明:
5、一个参照系是否是惯性系，要依赖实验来判断。,不可能利用在惯性系内部进行的任何力学实验来确定该系作匀速直线运动的速度,-力学相对性原理,相对于惯性系作匀速直线运动的参照系都是惯性系，作变速运动的参照系为非惯性系。,船走吗?,二.非惯性系中的力学定律和惯性力,K： 惯性系,K：非惯性系(车),：K相对于K的加速度,：小球相对于K的加速度,小球相对K系的加速度,在K系,即,定义：,-惯性力,-牛顿第二定律的形式,惯性力不是物体间的相互作用，是一种虚拟力，与真实力有本质区别。,讨论：,惯性力是由于非惯性系相对于惯性系作加速运动而产生的。,例7如图，试以车为参照系求,解：,小球相对于车静止，即,惯性力,
6、对K系,x方向,y方向,即,讨论：,以地面为参照系有,有相同的结果,例8用惯性力的方法解例6,解：,以劈为参照系,劈和木块的惯性力如图,对m,水平方向,垂直方向,对M,即可解得,例9一人站在一转盘边缘随盘以 转动，分别以转盘和地面为参照系，求盘与人间的静摩擦力,解：,在转盘上观察，人静止，即,即,-惯性离心力,从地面观察，人作匀速圆周运动，加速度为向心加速度,向心力由摩擦力提供，由牛顿定律,2-4 国际单位制(SI)、量纲,基本量、基本单位,导出量、导出单位,单位制：由基本单位和导出单位构成，基本单位的选择不同就构成不同单位制,SI的力学基本单位是：,米(m)、千克(Kg)、秒(s),导出单位如：,速度(m/s)、加速度(m/s2)、力(N=Kgm/s2),量纲：不考虑数字因素，将一个导出量用若干基本量的乘方之积表示，这种表示式称为该物理量的量纲。,如：长度L，质量M，时间T,速度v=LT-1，加速度a=LT-2,力F=MLT-2，动量p=MLT-1,只有量纲相同的项才能进行加减或用等式联接，据此可检验运算结果！,如：,MLT-2,ML2T-2,
