2021-2022學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：伽利略相對(duì)性原理 非慣性系 慣性力

1、伽利略相對(duì)性原理 非慣性系 慣性力 一切彼此做勻速直線運(yùn)動(dòng)的慣性系，對(duì)于描寫機(jī)械運(yùn)動(dòng)的力學(xué)規(guī)律來說是完全等價(jià)的。 一、伽利略相對(duì)性原理 在一個(gè)慣性系的內(nèi)部所做的任何力學(xué)的實(shí)驗(yàn)都不能夠確定這一慣性系本身是在靜止?fàn)顟B(tài)，還是在做勻速直線運(yùn)動(dòng)，稱為力學(xué)的相對(duì)性原理，或伽利略相對(duì)性原理（Galilean principle of relativity）。 伽利略相對(duì)性原理 非慣性系 慣性力 例 一重物m用繩懸起，繩的另一端系在天花板上，繩長(zhǎng)l=0.5 m，重物經(jīng)推動(dòng)后，在一水平面內(nèi)做勻速率圓周運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速n=1 r/s。這種裝置叫做圓錐擺。求這時(shí)繩和豎直方向所成的角度。m以小球?yàn)檠芯繉?duì)象，受力分析如圖，建

2、立坐標(biāo)系。x方向：y方向：解：Oxy2. 變力作用下的單體問題例 計(jì)算一小球在水中豎直沉降的速度。已知小球的質(zhì)量為m，水對(duì)小球的浮力為Fb，水對(duì)小球的粘性力為Fv=-Kv，式中K是和水的黏性、小球的半徑有關(guān)的一個(gè)常量。以小球?yàn)檠芯繉?duì)象，分析受力如圖。小球的運(yùn)動(dòng)在豎直方向，以向下為正方向，列出小球運(yùn)動(dòng)方程：解：令分離變量后積分得 Ot稱為物體在氣體或液體中沉降的終極速度（terminal velocity）討論例 一固定光滑圓柱體上的小球（m）從頂端下滑。求小球下滑到 q 時(shí)小球?qū)A柱體的壓力。解：在q 處時(shí)， 質(zhì)點(diǎn)受力如圖O自然坐標(biāo)系yx小球?qū)A柱體的壓力為 小球?qū)A柱體的壓力為 隨著小球下滑

3、，q 從 0 開始增大。 cos q 逐漸減小， FN 逐漸減小。討論 當(dāng) cos q 2/3 時(shí)， FN 0, 這可能嗎？為什么？這是因?yàn)椋寒?dāng) cos q 2/3 時(shí)， FN = 0。此時(shí)，小球?qū)㈦x開圓柱體。此后，小球?qū)⒆鰭佄镞\(yùn)動(dòng)！yx 例 如圖繩索繞圓柱上，繩繞圓柱張角為 ，繩與圓柱間的靜摩擦因數(shù)為 ， 求繩處于滑動(dòng)邊緣時(shí) , 繩兩端的張力 和 間關(guān)系 .（繩的質(zhì)量忽略） 解: 取坐標(biāo)如圖, 取一小段繞圓柱上的繩 ds.圓柱對(duì) 的摩擦力 圓柱對(duì) 的支持力 兩端的張力 ，若0.460.210.00039 以經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀為基礎(chǔ)，伽利略坐標(biāo)變換指出了質(zhì)點(diǎn)的加速度對(duì)于相對(duì)做勻速運(yùn)動(dòng)的不同慣性系

4、K與K來說是個(gè)絕對(duì)量，即 牛頓力學(xué)中：因此有 經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀宏觀低速物體的力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中形式相同，或牛頓力學(xué)規(guī)律在伽利略變換下形式不變。又如：動(dòng)量守恒定律非慣性系 牛頓定律成立的參考系是慣性系。一切相對(duì)于慣性系（如地面系）做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系也是慣性系。非慣性系（noninertia system）：相對(duì)（地面）慣性系做加速運(yùn)動(dòng)的物體。在非慣性系內(nèi)牛頓定律不成立。xyyx mgF=kxFN平動(dòng)加速系：相對(duì)于慣性系做加速直線運(yùn)動(dòng)，但是本身沒有轉(zhuǎn)動(dòng)的物體。例如：在平直軌道上加速運(yùn)動(dòng)的火車。轉(zhuǎn)動(dòng)參考系：相對(duì)慣性系轉(zhuǎn)動(dòng)的物體。例如：在水平面勻速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤。慣性力 慣性力：(inertial force)為了使牛頓第二定律的形式在非慣性系內(nèi)成立而引進(jìn)的一個(gè)虛構(gòu)的力。 是非慣性系相對(duì)慣性系的加速度。在非慣性系中，動(dòng)力學(xué)方程表示為 注