大学物理 牛顿力学

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1、1第二章　运动与力(MotionandForces)物之道2大自然及其法则在黑夜中隐藏；上帝说：“派牛顿去吧!”于是，一切豁然开朗。——蒲柏3牛顿不仅是曾经有过的最伟大的天才，而且是最幸运的人，因为只有一个宇宙，因而在世界的历史中只有一个人能够成其法则的诠释者。——拉普拉斯4我已经把哲学的原理确定下来了，但这些原理不是哲学的，而是数学的。——牛顿5人们不要以为牛顿的伟大工作真的能够被这一理论或者任何别的理论所代替。作为自然哲学（指物理学）领域里我们整个近代概念结构的基础，他的伟大而明晰的观念，对于一切时代都将保持着它的独特的意义。-----爱因斯坦6IssacNewton(16

2、42—1727)In1687,«TheMathematicalPrinciplesofNaturalPhilosophy»牛顿运动定律and万有引力定律本章内容：牛顿运动定律自然界中常见力和基本力牛顿定律的应用国际单位制（SI）与量纲7§2.1牛顿运动定律1.牛顿第一定律“Everybodycontinuesinitsstateofrest,orinuniformmotioninastraightlineunlessitiscompelledtochangethatstatebyforcesimpresseduponit.”一、牛顿运动定律任何物体都将保持静止或匀速直线运动

3、的状态，除非其他物体的作用迫使它改变这种状态。882.牛顿第二定律Thechangeofmotionisproportionaltothemotiveforceimpressed,andismadeinthedirectionoftherightlineinwhichthatforceisimpressed.——质点的动量——合外力其中9当vc(光速)时，m=const.②牛Ⅱ定义了物体的“惯性质量”——物体惯性的度量.①牛Ⅱ只在惯性系中成立.③牛Ⅱ的特点：瞬时性和矢量性.——质点的动量——合外力其中Notes:10④第二定律是矢量式，在具体应用时常常写成分量式。牛顿方程的

4、自然坐标分量式1111——动量守恒动量是一个重要的物理量，应用范围远超出牛顿力学。例如电磁波（光子）就具有动量。实验表明：在光子与光子、光子与其他粒子的相互作用过程中，系统的总动量严格守恒。若Notes123.牛顿第三定律“Toeveryactionthereisalwaysopposedanequalreaction,or,themutualactionsoftwobodiesuponeachotheralwaysdirectedtocontraryparts.”作用力与反作用力是作用在不同物体上的，彼此不能抵消.Note:13——牛顿第一定律在其中成立的参考系在惯性系中，任

5、何不受其他物体作用的物体都保持静止或匀速直线运动（惯性运动）的状态牛顿第二定律在惯性系中成立在非惯性系中，牛顿第一、二定律不成立牛顿第三定律仍然成立（作用力与反作用力之间的关系与参考系无关）4.惯性参考系（惯性系）14相对一个惯性系作加速运动的参考系一定是非惯性系相对一个惯性系作转动的参考系也一定是非惯性系自然界中不存在严格的惯性系：任何物体之间都有万有引力，参考系所选定的参照物体总要受到引力作用而产生加速度。马赫认为：如果一个参考系相对宇宙全部物质分布的平均加速度等于零，就可把这个参考系看成惯性系。判断一个实际的参考系是不是惯性系，取决于在多大的精度上可以观测到这个参考系的加

6、速度效应。151、FK4系：以1535颗恒星平均静止位形作为基准——目前最精确实用的惯性系：太阳系zxy地心系地面系2、太阳系：由天文学观测结果得出，绕银河系中心公转的法向加速度约为比较精确163、地心系：绕太阳公转的法向加速度约为较好的惯性系太阳系zxy地心系地面系4、地面系：地球自转使赤道处的物体产生的法向加速度为较差17相对一个惯性系做匀速直线运动的其它任意参考系也是惯性系，在这些参考系中牛顿定律都成立牛顿相对性原理：对于描述力学定律来说，所有的惯性参考系都是平等的。在任一惯性系中都可以把牛顿第二定律描述为：“物体的动量对时间的变化率，等于它所受的合力”5.牛

7、顿相对性原理——伽利略相对性原理18牛顿相对性原理的数学表述：惯性系S惯性系S',牛顿方程如何变化？对于不同的惯性系，力学的基本规律——牛顿方程的形式相同。或者说：牛顿方程具有伽利略变换下的协变对称性。质量和运动速度无关，力只与物体相对位置或相对运动有关，即质量和力都与参考系无关牛顿相对性原理可表述为（S系）（S'系）19二、SI单位和量纲（InternationalsystemofunitsandDimension）（一)国际单位制1.基本量与基本单位基本量基本单位2.导出量与导出单位导