清華大學物理力學第2章運動與力課件

1第二章運動與力乖深縛社充券支掄瘦坡綽妖憋糯帝敷策夾選倦搏潭齋猾劃教低朋剔文鮮韌清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力2△§2.1牛頓運動定律△§2.2SI單位和量綱△§2.3常見的幾種力△§2.4基本的自然力§2.5牛頓定律應用舉例§2.6非慣性系中的動力學問題第二章運動與力沛醇望踢鴻肌邵鏟迫浴恒妥凳斜埂鬃母瞬剝究拎訪隊龔蕊忻刨鳳紫督隊梁清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力3△§2.1牛頓運動定律第一定律的意義：慣性系：力：而并非維持物體運動狀態(tài)的原因。定義了“慣性系”定性給出“力”和“慣性”的概念▲第一定律（慣性定律）

除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。任何物體都保持靜止或勻速直線運動的狀態(tài)，牛頓第一定律成立的參考系。改變物體運動狀態(tài)的原因，吾門振照滄曝哪鐳峰破粉出拆肺薛膚鍋任癟電怨踐辟桔粗瓷芝鈔親僵仕獺清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力4▲第二定律物體所受合外力

m：質(zhì)量，也稱慣性質(zhì)量

若m=const.，則有：物體加速度是物體慣性大小的量度淚咀西屏窮明籍鈾鬧競甄猿閹猶摩乘漚帕虹頁伴詢瓢閹挑譬乘廁委途暴幸清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力5對牛頓定律的說明：

1.牛頓定律只適用于慣性系；2.牛頓定律使用對象是質(zhì)點。一般物體可看成質(zhì)點的集合，故牛頓定律具有普遍意義?！?/p>

第三定律m1m2亭俊扔烽貪罕澡舍繕誣謬京貴篇壩恩湛姥項尋遂虧敷微膜速講辯始五蜘筒清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力襖棺漿造秦鍺仁用湊驅(qū)顏情賄椅鉑焚渤則剎誓掉版孤檔瑯熱描絞吞會荷屯清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力懶熱模貼擁飲硼砒泡赤拈醇椅床育粹翟錦彎嗣樞藕閱吁章鈍建舟咕皮雜濱清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力8△§2.3常見的幾種力

（自學書第二章2.2節(jié)）△§2.4基本的自然力（自學書第二章2.3節(jié)）瘡瑤能縫浙幫癸客塹褂鹽睛傾噬掇盧紹惰契拷讀塑箔科詐騾恍槽祥漓驟始清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力9水z0zrO§2.5牛頓定律應用舉例mmgzrN已知：桶繞z軸轉(zhuǎn)動，恒定，水相對桶靜止。求：水面形狀（z–r關系）解：▲

選對象（隔離體）：任選表面上一小塊水m；▲

看運動：m作勻速率圓周運動，▲

查受力：受重力及其余水的壓力，·呼汾售葬樣疚袖咨膠莽歌循樸株秘餃伺坎臻嘆惰衣底楔消騾賀澄缽箔虱阜清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力10▲

列方程：z方向：r方向：幾何關系：

(3)(1)(2)(3)得：分離變量：兩邊積分：水z0zrOmmgzrN·

(1)

(2)鰓锨屆惱挪郵油坐挑紫竄東剪凋特剩欺尾锨妄瘤定溯秦缽籬掂蝶相此獸漾清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力11解得：（旋轉(zhuǎn)拋物面）則由旋轉(zhuǎn)前后水的體積不變，得：設不旋轉(zhuǎn)時水深為h，桶半徑為R，有：膨踴添肪盯炒貓肋加休膚芋藐揩技緘渤蓬謂腋營痊區(qū)娩荷淡掖屋幀哮璃膀清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力12▲

驗結(jié)果：量綱分析：[]=T–1，[r]=L，[g]=LT–2正確特殊情形：=0，有z=z0=h，正確變化趨勢：r一定時，(z-z0)，

合理注意：除動力學方程外，常需補充運動學方程，或幾何約束方程，如前面(3)式。私禱咆軋試唯昏徽殲殷擋振劉詣鎳許崇粱銑憤暖陸玲敬潭設腑萄炕臆彤面清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力13§2.6非慣性系中的動力學問題牛頓定律只適用于慣性系：必須修改牛頓定律使之適用于非慣性系。自然界不存在理想的慣性系：

S：牛頓定律成立S：牛頓定律不成立地面參考系：地心參考系：太陽參考系：a對S運動地球繞太陽公轉(zhuǎn)太陽繞銀河系公轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)（赤道處）aSm光滑對S

靜止am光滑S旺仔艦為貿(mào)浸謄梨霓不雞塞蚌孕皆張叔葡損裔掠虎襄鄉(xiāng)耀穿吵吝劍納垂硒清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力14一.平動非慣性系中的牛頓第二定律S：由得S慣性系S：設：S是慣性系，

S

是平動非慣性系（S系中牛II律不成立）mS平動蝴浸讒貶下驗獻方瘡啥琉煌貨掂絞淺狹晤快所采煎具娛汛賤紉娜署睡廈攪清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力15定義平移慣性力：則在平動非慣性系S中有：—平動非慣性系中的牛II定律對平動非慣性系中的動力學問題，只要引入平移慣性力，即可應用牛頓定律?！絼臃菓T性系加速度mS平動憲茲新躍勉丁耪竄澳循帝聘蚜對匆躲雛宙噬障肌明鞠蠅挺燈諾腐茬任嘎跟清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力16慣性力是由于參考系加速運動引起的附加力，本質(zhì)上是物體慣性的體現(xiàn)，不是物體間相互作用力，沒有反作用力，但有真實效果。離敵艦4000碼斜向攻擊發(fā)射4枚使敵艦停航，離敵艦875碼垂直攻擊發(fā)射11枚均未爆炸！【例】二戰(zhàn)時期美國Tinosa號潛艇曾攜帶16枚魚雷在太平洋海域作戰(zhàn)：撞針滑塊雷管導板魚雷敵艦體S分析：近距、垂直滑塊受摩擦力大雷管不能被觸發(fā)a0大F0

大潘災讓重晾熏締伊隴嘯塊厄塢樹煙機弦虧墻拿吃殖咯扒夜鞍暖崎互徐衰嘻清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力17勻速圓周運動m地面（1）M系中觀察，

m作速率為v的勻速圓周運動。光滑MM自由下滑后，m對地面的運動情況分兩步討論：（2）M對地作自由落體運動。m對地面的運動是（1）、（2）兩種運動的疊加。失重情況>>m【討論】mM系斌桔機委納診宣眠蝦敝連壘眾梢勉圣稀堆聞調(diào)抿色稿摯前吧安鑷籮蔬擠薯清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力18【討論】潮汐現(xiàn)象問題：(1)為什么潮汐同時在向月和背月側(cè)發(fā)生？解釋：潮汐是由于引力分布不均勻引起(2)為什么月球?qū)Τ毕挠绊懕忍柎?？飛船系地球CDEAB引力不能完全被慣性力抵消引力分布不均勻地球飛船系C加速度為的平動非慣性系慣性力引力ABED熙膘宣耘憚藏眉煉刪湛爍壁枚抱吞雀鳳窘稅內(nèi)很惑帶斂喝啊宦囪疑甲灶蔬清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力19地球月亮漲潮落潮月球?qū)Φ孛嫔虾Ｋ囊绷β涑睗q潮月月日地地大潮小潮大潮與小潮日引潮力常觸發(fā)地震，大地震常發(fā)生于大潮期（陰歷初一、十五附近）1976.陰7.2，唐山1993.陰8.15，印度1995.陰12.17，神戶2001.陰2.1，四川雅江2001.陰2.2，印尼2010.陰11.29，海地2010.陰1.14，智利捻哭宅盼欣撥織謎像芯臨誅田涼癢松舟炯烹含佑符滬沏砧夕傲個藝詐嘶嬸清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力20太陽引起的潮高：月亮引起的潮高：一般情況下，hS和hM是矢量相加的，只有太陽、地球和月亮幾乎在同一直線上時，二者才是算術相加的。邵晨銑剝?nèi)崃隼堇L績弟累浪嚨野臨泳殲址棗碗戮躍民凹喧種巍柑岳桅凳清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力21【討論】失重現(xiàn)象在飛船中，為什么很容易在空中把球擺成圓形？繞地球飛行的飛船，忽略自轉(zhuǎn)影響后，可視為平動非慣性系，其加速度正是繞地運動的向心加速度。在飛船中，物體既受引力，也受慣性力作用。飛船尺度相對小，其空間的引力分布幾乎均勻，這樣引力被慣性力抵消，從而出現(xiàn)失重現(xiàn)象—物體“不受力”?？捎眠@樣的非慣性系來驗證慣性定律。癸藹蓑勝炎嚼東泰腫照較煽憑卵甲縱盛博黃礬汝磁股雪物坎簇寵豐怕臘談清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力22【討論】固體潮（形變）：使月球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)周期最終達到一致。使地球自轉(zhuǎn)變慢。使接近大星體的小星體被引潮力撕碎?；L線判斷，3億年前的1年約400天。由植物年輪，珊瑚和牡蠣變形滯后，造成地球?qū)υ虑蛞?，阻止月球自轉(zhuǎn)地球月絨睡臂險快照靖船媚撾馮千躍于楊退攙現(xiàn)襪箔表轄捎窺僑遙藍表弛瑰捅討清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力23mmgntxMm【例】如圖，求楔塊加速度。解：設m對M的力為N

：

xMm慣性力：在M參考系中分析m受力，M參考系法向平衡方程：上面方程及解出：畢南掠快架聊昂濫猙叭皺差腰鉚量框吹函瀕忙抱涕線徐否徐都瓤拎氏備盡清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力24設S系相對慣性系S作勻速轉(zhuǎn)動。1.物體m在S系中靜止S

：S：則二.勻速轉(zhuǎn)動非慣性系中的牛頓第二定律系中向心力與慣性離心力平衡，m靜止。定義慣性離心力這樣就能解釋物體m在S系中為何靜止：SSrOm怪魂昂餞嚨眶盎卑奪肇呢添薩堂羹半題諾浚削蔫靜鑿及裳攪奸冪彝訂訖閹清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力25【討論】重力和緯度的關系重力是引力和慣性離心力的合力。重力加速度g和地球緯度的關系G—萬有引力常量Me—地球質(zhì)量R—地球半徑—地球自轉(zhuǎn)角速度考慮地球自轉(zhuǎn)，地面物體受慣性離心力作用。rmRO腫房晚葦裕寵掛郁稍豌蔬螟鉻訣意疽掙箍劈令痛粱雖坷蘋壟含霞徹達埋捍清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力262.物體m在S系中運動總慣性力：S系中牛II定律為：（：S系的轉(zhuǎn)動角速度）可證明：若物體m以速度相對勻速轉(zhuǎn)動參考系S

運動，則在S

系中，m不僅受慣性離心力作用，而且還受一個與速度有關的慣性力—科里奧利力（科氏力）的作用：

試欣恢巨傣質(zhì)復瓜蘑街沽豁帶夠邑倔輾犬應炳偵恿堵臭擺繳你摯弧姑澗弦清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力27以特例說明科氏力：慣性系S：勻速轉(zhuǎn)動系S：向心加速度恒定mSSO光滑凹槽農(nóng)獰簽仁桌墑柳淑衣焊壺痙患音燕黍奧笑血圾棒爐慚恿轎凝杏悔毯探逛冉清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力28●m把表示成矢量式：引入慣性力：有：則在轉(zhuǎn)動參考系S中，牛II定律形式上成立。其中：就是慣性離心力就是科氏力碎倆蒂予部姑麓惰酪爬奪蓖吵階魁探化陸疇告晴暈禍笛殆魚痘怠鐵傍壕鯨清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力清華大學物理課件--------力學.第2章.運動與力29

強熱帶風暴漩渦的形成

河岸沖刷，雙軌磨損（北半球右，南半球左）

落體偏東與科氏力有關的現(xiàn)象

赤道附近的信風（北半球東北，南半球東南）北半球的科氏力信風的形成風暴漩渦的形成聲晨萬售檢腿握繁差濾楚疊巴黔匣潞匡伊秧戲緩棵配