非惯性系中的动力学 ppt课件

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第四讲21牛顿运动定律22惯性系与非惯性系力学PPT课件

第四讲21牛顿运动定律22惯性系与非惯性系力学PPT课件
作用力与反作用力: 1、它们总是成对出现。它们之间一一对应。
2、它们分别作用在两个物体上。绝不是平衡力。 3、它们一定是属于同一性质的力。
小 结: 三大定律共性:① 因果关系;② 瞬时对应关系;
③ 大小关系;④ 方向关系。
综述:三大定律的共同点都是研究运动与力的关系; 不同点是第一、二定律是研究一个物体运动与力的关 系,所不同的是第一定律是研究一个物体在不受力的情 况下,运动与力的关系;而第二定律是研究一个物体在 受力的情况下,运动与力的关系。第三定律是研究两个 物体运动与力的关系。
令 F i: m a 0
惯性力(虚拟力)
FF i m a'
2、在匀角速转动的非惯性系中的惯性力:
----惯性离心力
P42例2-5 如图所示,在光滑的水平地面上放一质量为 M的楔块,楔块底角为θ,斜面光滑.今在其斜面上放一 质量为m的物块,试用惯性力的概念求楔块的加速度.
解 如图所示,以a0表示楔块相对于地面参考系的加速 度,方向和地面坐标系x轴方向相反.
vmgF(1ekmt) k
2.2 惯性系与非惯性系力 一、惯性系与非惯性系
问 题
a=0时单摆和小球的状态符合牛顿定律 a≠0时单摆和小球的状态为什麽不符合牛顿定律?
结论:在有些参照系中牛顿定律成立,这些系称为惯
性系。相对惯性系作加速运动的参照系是非惯性系。 而相对惯性系作匀速直线运动的参照系也是惯性系。
k
F
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
m gkvFm amdv dt
f
a x
mg
m gkvFm amdv dt
初始条件:t=0 时 v=0
v

《大学物理上教学课件》6.非惯性系

《大学物理上教学课件》6.非惯性系

反,大小等于物体质量乘以非惯性系的加速度。
实验验证的必要性
03
通过实验验证可以帮助我们理解非惯性系中的物理现象,加深
对相对论和牛顿运动定律的理解。
实验验证的方法和步骤
准备实验器材
准备必要的实验器材,如滑轮、砝码、 弹簧秤等。
进行实验操作
按照实验方案进行操作,记录实验数 据。
设计实验方案
根据非惯性系中的物理现象,设计合 理的实验方案,包括实验目的、操作 步骤、数据记录等。
牛顿第二定律
总结词
在非惯性系中,牛顿第二定律的形式发生变化,需要加上一 个假想的惯性力来保持等价性。
详细描述
在非惯性系中,牛顿第二定律的形式会发生变化。为了保持 等价性,需要在方程中加上一个假想的惯性力。这个惯性力 的大小等于物体质量与非惯性系相对于惯性系的加速度的乘 积,方向与非惯性系加速度方向相反。
VS
详细描述
科里奥利力的大小计算公式为 F=2m×v×ω,其中 m 是物体的质量,v 是物体的速度,ω 是旋转参考系的角速度。
科里奥利力的应用实例
总结词
科里奥利力在气象学、地球物理学等领域有 广泛的应用。
详细描述
在气象学中,科里奥利力对气体的流动和天 气系统的形成有重要影响,例如旋风和龙卷 风的形成就与科里奥利力有关。在地球物理 学中,科里奥利力是解释地球自转和地球上 水循环的重要因素之一。
THANKS.
参考系变换的方法和步骤
确定变换关系
根据相对性原理和伽利略变换,确定 两个惯性参考系之间的变换关系。
转换物理量
将一个惯性参考系中的物理量(如速 度、加速度、力等)按照变换关系转
换到另一个惯性参考系中。
求解问题
在新的惯性参考系中,应用物理规律 求解问题。

非惯性系中物体的运动规律(共12张PPT)

非惯性系中物体的运动规律(共12张PPT)

相对惯性系作匀速直线运动的参照系——惯性系。
在有些参照系中牛顿定律成立,这些参照系称为惯系。
f f 惯=ma'
第8页,共12页。
四、匀速转动的非惯性系、惯性离心力
地面观察者:质点受绳子的 拉力提供的向心力,所以作 匀速圆周运动。
圆盘上观察者:质点受绳 子的拉力,为什么静止?
第9页,共12页。
在匀速转动的非惯性系中,小球受到一个惯性离心力
第12页,共12页。
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?
要确定一个参考系是否惯性系,只 物体水平方向受拉力,所以随小车加速前进。
例2、在倾角为 的圆锥体的侧面放一质量为m 的小物体,圆锥体以角速度 绕竖直轴匀速转动。
能依靠观察和实验。 a=0时以车或地为参照系单摆和小球的状态符合牛顿定律
非惯性系中物体的运 动规律
第1页,共12页。
第2页,共12页。
二、惯性系与非惯性系
1、问题:
a=0时以车或地为参照系单摆和小球的状态符合牛顿定律 a≠0时以地为参照系单摆和小球的状态符合牛顿定律
以车为参照系单摆和小球的状态不符合牛顿定律 2、定义
牛顿运动定律成立的参考系称为惯性系 牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系。
f
m
地面观察者:
物体水平方向受拉 力,所以随小车加速前 进。
车里观察者: 物体水平方向受拉力,为什么静止在原处?
第6页,共12页。
加速平动的参照系是非惯性系,牛顿定律不成立
根据伽俐略变换,有
a' aa0
相对加速度a′ —— 质点相对非惯性系的加速度;
绝对加速度a ——质点相对惯性系的加速度;

高中物理竞赛讲座课件:非惯性系 (共32张PPT)

高中物理竞赛讲座课件:非惯性系 (共32张PPT)

将电梯、车厢的加速运动等效为重力 N’= -N = mg-ma 场,再考虑浮力
a<0, 加速度向上,超重 a>0, 加速度向下,失重
自由落体: a=g N’= 0
完全失重
“昼涨称潮,夜涨称汐” “潮者,据朝来也; 汐者,言夕至也” —葛洪《抱朴子· 外佚文》
如果说,潮汐是月球的万有引力吸引海水造成的,那 么 (1)为什么向着和背着月亮一面的海水都升高,从而 一昼夜涨两次潮? (2)按距离平方反比计算,太阳对海水的引力比月亮 大180倍,为什么说潮汐主要是月亮引起的?
法向加速度
切向加速度
“静止”参考系中,牛顿运动定 律:
F ma m r m ( r ). F m r m ( r ) 0 ma '.
惯性离心力
“转动”参考系中,牛顿运动定律:
F ma ma ' ma0 两个参考系作 匀速相对运动。 若a 0 0, 则F ma ' 特定物体对 对此特定物体 于参考系的 F m a m a ' 0 的作用特征。
运动特征。 引入“惯性力”(-ma0)后,牛顿运动定 律就“仍然”成立。 注意:
引力的均匀部分:
可以通过“加速度”被“创造出来” 和 被“消灭掉”;
引力的非均匀部分(即引潮力):
是时空弯曲的反映, 具有更为本质的意义
定量的计算表明:
海水两端凸起,引潮力反比于 r 3 !
大潮和小潮
= 2.20
讨论相对于“转动” 转动参考系(一) 参考系相对静止的情 mv2 2 况。 f ma mR . 惯性离心力 惯 R 惯性离心力 v=r f=m2r T

高一物理惯性系和非惯性系(PPT)4-2

高一物理惯性系和非惯性系(PPT)4-2

时细胞内积累大量的营养物质,形成厚壁孢子,环境适宜时,发育成新的个体。 有性生殖 两个生殖细胞结合形成合子,合子直接萌发成新个体,或经过减数
分裂形成孢子,并发育成新个体。在形状、结构、大小和运动能力等方面完全相同的两个配子结合,称为同配生殖。在形状和结构上相同,但大小和运动能 力不同,大而运动; 有机副食品 有机副食品 ;能力迟缓的为雌配子,小而运动能力强的为雄配子,此两种配子的结合称为异配生殖。 在形状、大小和结构上都不相同的配子,大而无鞭毛不能运动的为卵,小而有鞭毛能运动的为精子,精卵结合称为卵式生殖。两个没有鞭毛能变形的配子结 合,称为接合生殖。 主要价值编辑 小球藻和珊藻富含蛋白质可供人食用和作动物饲料。绿藻是藻类生理生化研究的材料及宇宙航行的供氧体,有的可制藻胶。 绿藻在水体自净中起净化和指示生物的作用。 细胞结构编辑 有单细胞的,群体的或多细胞的;群体定形或不定形;多细胞个体为球形、分枝和不分枝的丝状、
扁平叶片状、杯状和空管状;除极少的例外,绿藻的营养细胞多具有细胞壁,细胞壁的外层是果胶质,内层是纤维质;刚毛藻属、鞘藻属和毛鞘藻属的细胞 壁还有几丁质,松藻目细胞壁的最内层由胼胝质构成;通常具有至多个细胞核,有液泡。 在一些群体的团藻类有明显的胞间连丝;每个营养细胞都具至数个 色素体,色素体的形状多样,有杯状、星状、带状、片状、网状、粒状等;绝大多数种类的营养细胞含有至多个蛋白核,少数种类没有;游动细胞具有、条或更 多的等长的鞭毛。 分类进化编辑 分类系统至今还没有取得一致的看法。 年,中国藻类学家饶钦止提出本门应分为纲、目,即: 绿藻纲(Chlorophyceae) 生 活史中具有鞭毛的游动细胞;有性生殖普遍,但没有接合生殖。包括目: 团藻目(Volvocales),四孢藻目(Tetrasporales),绿球藻目(Chlorococcales),丝藻目 (Ulotrichales),胶毛藻目(Chaetophorales),石莼目(Ulvales),溪菜目(Prasiolales),鞘藻目(Oedogoniales),刚毛藻目(Cladophorales),管枝藻目 (Siphonocladales),绒枝藻目(Dasycladales)和管藻目(Siphonales)。 接合藻纲(Conjugatophyceae) 生活史中不产生有鞭毛的游动细胞;有性生殖只有接合 生殖。此纲只有双星藻目(Zygnematales)一目。 H.博尔德和 M.温

§2.1.4 非惯性系中的动力学

§2.1.4 非惯性系中的动力学
i
i
a 是非惯性系相对惯性系的加速度 是物体相对于非惯性系的加速度 a
例1:如图,升降机内有一倾角为的光滑斜面。当升降机以匀 加速度a1相对地面上升时,一木块m正沿斜面下滑。 求:木块m相对于升降机与地面的加速度。 解:已知升降机相对于地面的加速度为a1,木块相对于升降机 的加速度为a2,对物体受力分析,然后给升降机中木块加上惯 性力,选择升降机为参考系并建立图示坐标系。 y轴:
2
a x a2 a1 sin=g sin
a y a1 cos
y a1 a
a g 2 sin 2 a1 cos 2
a y a1 tan cot ax g
(是a与斜面的夹角)

a2 x
例2 平移惯性力在地球上的效应 实际上地球是一个非惯性系, 惯性力必然有实际的效应。 太阳引力失重和潮汐现象都是平移惯性力在非惯性系中 的实际效应。
W FG Fg
其中
Mm FG G 2 R
Fg mR cos
2
Mm FG G 2 R
Fg mR cos
2
Fg FG
由于W与FG的夹角很小(约10-3rad), 取近似
W FG Fg cos
Fgcos
W

M W m G 2 R 2 cos 2 mg 0 mR 2 cos 2 R
Fg man n mr 2 n
惯性离心力 :由于转动参考系的加速度效应而产生的一个假想力
(2) 转动系下的牛顿第二定律
在转动系中,牛顿第二定律写为

FG Fg W

F F
i i
g
ma

4.3 非惯性系动力学(二)

4.3 非惯性系动力学(二)

例题
M
rபைடு நூலகம்
C
O
相应的惯性力即离心力: mat m 2 r (4) (2)(3)(4)代入(1)可得
ma' mg N m 2 r 2mω v'
ω
(5)
9
4.3 非惯性系动力学(二) 俯视图
例题
2mω v' 2 相对速度是小环M相对于 m r
v'
M
大圆圈的速度,大圆圈是 平面转动参考系。
x
O
z


r 2r at ω
r ' 2 r ' at aA ω
3
4.3 非惯性系动力学(二)
平面转动参考系
惯性离心力与科氏力的方向
y
r m 2 r mat mω
m 2 r
v'
ω O
惯性离心力
z
2mω v'
x
科氏力的方向,注意存在一个负号。
ma' F mat mac
M
(1) (2) (3)
8
r
C
O
非惯性力:
F ma mg N
ω
科氏力
mac 2mω v'
4.3 非惯性系动力学(二)
0 ω 2mω v' 2 牵连加速度 m r 俯视图 r 2r 2r at ω v'
4.3 非惯性系动力学(二)
4.3 非惯性系动力学(二)
小物体P在转动参考系中的运动微分方程
a a'at ac
d *v ' ma' F mat mac , a' , F ma dt

非惯参考系学习.pptx

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F ma ma0 ma
F ma0 ma
这就是说,在非惯性系里,有:
F fi ma
其中虚拟力:
fi ma F ma0
称为平移惯性力,简称惯性力。
第2页/共25页
平动参考系
真实力与惯性力的合力常称表现力,记为Feff,于是有: Feff ma
于是,我们将牛顿第二定律推广到了非惯性系之一 的平动参考系。在平动参考系中,只要引入虚拟力(平 移惯性力),则可以像惯性系一样,形式上用牛顿定律 讨论平动参考系的问题。为了与虚拟力比较,我们将以 前所考虑的力称为“真实力”。
若K/系的原点相对于K系静止,即:
v0 0, a0 0
有:
a a f ω (ω r) ω (ω • r) 2 r
由于牵连加速度的方向为由P点垂直指向转轴方向, 故称该加速度为向心第9加页速/共2度5页。
1. 相对于K/系静止的点,惯性离 心力
在惯性系看来质点 P 具有向心加 速度,因而受力(真实力)为:
向下(如南半球)时,力沿地面的分量指向相对运 动的左方。
第20页/共25页
科里奥利力在地球上有以下的表现: 1. 地面上北半球河流冲刷右岸。火车对
右轨的偏压较大。(在南半球则对左 岸和左轨作用大。)
第21页/共25页
科里奥利力在地球上有以下的表现:
2. 自由落体因受科里奥 利力的作用,会向东 偏斜。这可以用实验 来演示,如图,在旋 转平台上装一个斜坡, 让小球从斜坡的上方 自由滚下,小球的运 动将向旋转的前方偏 斜,这就是落体偏东 的演示。
F ma mω (ω r)
在转动参考系看来 P 静止不动, 为了在形式上用牛顿定律解释物体在 非惯性系上的运动,必须认为物体不 仅受真实力 F 作用,而且还受虚拟力 fc 作用, fc 正好与F相抵消,即表现 力为:

3.5非惯性系中的动力学新

3.5非惯性系中的动力学新

F 合 ma
解决办法:
对于非惯性系牛顿运动定律不 成立,那么应该如何处理非惯 性参照系中动力学问题?
若仍希望能用牛顿运动定律处理非惯性系中的动力学问题, 则必须引入一种作用于物体上的惯性力。 加速平动的非惯性系 匀速转动的非惯性系
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研究两种常见的非惯性系
第三章 动量 牛顿运动定律
m1 m2 a' ( g a0 ) m1 m2
所以m1 相对于地面加速度为:
a'
O'
a'
m2 g
o y
a1 a' a0
所以m2 相对于地面加速度为:
m1 g
a2 a' a0
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a0
返回
结束
第三章 动量 牛顿运动定律
提出问题
?
牛顿定律适用于惯性参照系,
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第三章 动量 牛顿运动定律
以地面为参考系, 由细绳的张力所提供的向心力 T 使小球作圆周运动, 符合牛顿运动定律,
v 2 T = m = mw R R
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2
第三章 动量 牛顿运动定律
质点受绳子的拉力, 而质点为什么静止?
牛顿定律在匀速转动的参照系中不再成立。
上页
下页
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结束
第三章 动量 牛顿运动定律
在S系中牛顿第二定律成立 F ma
F — 真实力 ,a — 质点的(绝对)加速度
代入 F m a 中得 F (ma0 ) ma m a —平移惯性力 令F 0
a a a0
a'
T
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a 0
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第三章 动量 牛顿运动定律
[例题1](p86) 杂技演员站在沿倾角为 的斜面下滑的车厢
内,以速率v0 垂直于斜面上抛红球,经时间 t0 后又以v0 垂
直于斜面上抛一蓝球. 车厢与斜面无摩擦.问二球何时相遇.
y v0 v0
F* m gsin
O
mcgos
mg
[解] 以车厢为参考系,小球受力见上右图.车厢以加速度
y1v0t12g2tcos
y2v0(tt0)1 2g(tt0)2co s
y v0 v0
O
两球相遇时 y1 y2 ,得相遇时间为
t遇 = ( 12+g0tvc0os)t0
[讨论]因 t = t0 cos
即必在红球返回 y = 0 之前抛出蓝球.
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惯性系中成立而引人的一个假想的力。它同
样不存在反作用力。
其对中于:观察F 者*2 :m2 F r T —F * — 离 m 心惯2 r 性 力F (* 离 心0 力)
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第三章 动量 牛顿运动定律 [例题3](p88) 北京紫竹院公园有一旋风游戏机,大意
如图所示.设大圆盘转轴OO´与铅直方向成 =18°,匀 速转动,角速度为0= 0.84 rad/s 。离该轴 R =2.0 m 处 又有与 OO´平行的PP´ ,绕 PP´ 转动的座椅与 PP´ 轴
F N m 1 a si m n 1 g co 0 s m1a x´
FNsinm 2a
m1g
F’N
a m1gsincos
m2 m1sin2
FN
a aco s gs in (m m 2 2 m m 1 1 s )si2 inn g
m2g
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第三章 动量 牛顿运动定律
距离为 r =1.6m.为简单起见,设转椅静止于大圆盘.设 椅座光滑,侧向力全来自扶手.又设两游客质量均为 m =60 kg .求游客处于最高点B和较低点A处时受座椅的力. 要求在非惯性系中求解.
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FNA
FPA
FC*A
en
A
et
FPB
第三章 动量 牛顿运动定律
FNB
FC*B
二、转动参照系中的离心惯性力
m
FT
mF*
观察者2
一光滑的圆盘以匀角速ω绕其铅直轴转动,将一质
量为m的小球用长为r的细线栓在轴上,并使小球在圆
盘上与圆盘一起以匀角速ω绕铅直轴转动。
如果在O系内的观测者1测量到细线对小球的拉力为FT
则对于观察者1: F T m a m 2 r
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a =0
a 0
小车作匀速直线运动,即a = 0 时,单摆、小球均处于 静止状态符合牛顿定律。
小车作加速直线运动,即a≠0时,单摆偏转了一个角度,拉 小球的弹簧被拉伸,其状态不符合牛顿定律,为什么?
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第三章 动量 牛顿运动定律
inertia force 1.avi
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x
绝对速度 v v 相对速度
牵连速度 v
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第三章 动量 牛顿运动定律
对于O系,牛顿运动定律适用
Fma绝
F m (a 相 a)
真实力
所以
F m am a 相

F F *m a 相

F *m a 叫做惯性力
这是在运动参照系O‘系内, 测量到的一个没有施力物 体的作用力,这个力称为惯性力。它是为了让牛顿运动定 律在非惯性系中成立而引入的一个假想的力。它不存在反 作用力。
第三章 动量 牛顿运动定律
[例题2] 如图所示情况中,若忽略一
m1
切摩擦. 试求两物体的相对加速度.
m2
[解]设m1沿斜面下滑时,m2沿水平
方向以加速度a向右运动。在非惯性
系中,m1、m2受力分析如图
F’N
FN m2g
FN
m1a

m1g
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第三章 动量 牛顿运动定律
m 1 g si m n 1 a co m 1 a s ' FN
第三章 动量 牛顿运动定律
§3.5 非惯性中的动力学
一、 直线加速参考系中的惯性力 二、 离心惯性力 *三、 科里奥利力
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第三章 动量 牛顿运动定律
§3.5 非惯性中的动力学
一、 直线加速参考系中的惯性力
问题:如图,一单摆悬挂在小车的天花板上,另一个小
球用弹簧拉着,现均以小车为参考系来研究小球的运动
第三章 动量 牛顿运动定律
而在圆盘上与圆盘一起转动的O`系内的观察
FT
mF*
者2,同样可以测量到细线对小球的拉力FT,但 他却观测到小球相对于他是静止的。为了与
观察者2
flash\03.3离心 力.exe
细线对小球的拉力平衡,这个观测者不得不假 定小球还受到一个力F* 的作用.这样,在O`系 中小球就平衡,在圆盘上O`系内的观测者看 来,这个力是离心的,因此称之为惯性离心力。 它是为了让牛顿运动定律在匀角速转动的非
B
W
W
[解] 选大转盘为参考系,
F N A F P A W F C * A 0 F N B F P B W F C * B 0
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第三章 动量 牛顿运动定律
在非惯性系中由于牛顿运动定律不成立, 不能直接用 牛顿运动定律处理力学问题。若仍希望能用牛顿运动定律 处理这些问题, 则必须在非惯性系中引入一种作用于物体 上的惯性力。惯性力不同于前面所说的力,因为惯性力既 没有施力物体,也不存在它的反作用力。
小车作加速运动a≠0时,单摆偏 转了一个角度,拉小球的弹簧被 拉伸,其状态不符合牛顿定律, 引入了惯性力后,就能把牛顿运 动定律应用于非惯性系。
gsinα沿斜面运动,为一直线加速非惯性系。
被抛出小球受重力W=mg和惯性力m gsinα作用,两者合 力大小为mgCosα,所以小球沿垂直于斜面方向以加速度 gCosα作上抛运动。
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第三章 动量 牛顿运动定律
以出手高度为坐标原点建立坐标系Oy,以抛出红球
时为计时起点.对红球和蓝球分别有
第三章 动量 牛顿运动定律
如图:O系为基本参考系,O 系为动参考系
设 O 系相对O系以加速度 a作直线加速运动,
z
质点在空间运动, 某时刻位于P点
rrr O
r p
z
x
O
rO'
r y
v绝 对 v相 对 v牵 连
O
y
a 绝 a 相 a
这是质点在O´系中的加速度 a相和
质点在O系中的加速度 a绝关系
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