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1、同济大学物理系倪忠强大学物理学动力学基本定律什么因素影响质点运动状态的改变？•亚里士多德的观点——力是维持物体运动的原因。•伽利略的思想实验证实——维持运动状态无需力与物体本身性质有关与物体相互作用有关NIZQ第2页大学物理学动力学基本定律§2-1牛顿定律2-1-1牛顿定律1686年,牛顿在他的《自然哲学的数学原理》一书中发表了牛顿运动三定律.NIZQ第3页大学物理学动力学基本定律•牛顿第一定律(惯性定律)牛顿在他的《自然哲学的数学原理》一书中写道:任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态,直到受到力的作用迫使它改变这种状态为止.数学形式:vvv=恒矢量，
2、F=0惯性:任何物体保持其运动状态不变的性质.NIZQ第4页大学物理学动力学基本定律当锤子敲击在一大铁块上时,铁块下的手不会感到有强烈的冲击.而当用一块木头取代铁块时,木块下的手会感到明显的撞击.NIZQ第5页大学物理学动力学基本定律•牛顿第二定律rvrvv质量不变时,dpdpd(mv)rrF=F==F=madtdtdtF=maxx1.质点动力学基本方程.vF=ma2.F是合外力.yyF=ma3.加速度与合外力同向.zz4.反映瞬时关系.dvF=ma=m5.适用于惯性参考系.ττdt6.是矢量式.2vF=ma=mnnrNIZQ第6页大学物理学动力学基本定
3、律•牛顿第三定律rrF=-F121.作用力和反作用力成对,同时存在.2.分别作用于两个物体上,不能抵消.3.属于同一种性质的力.4.物体静止或运动均适用.为什么我只看到苹果下落,未见地球上升呢？NIZQ第7页大学物理学动力学基本定律2-1-2力学中常见的几种力11.2km/s•万有引力重力7.9km/s牛顿的苹果传说……每个人都认为月亮不往下掉的时侯,只有牛顿这样的人才会看到月亮正在往下掉.瓦莱里,法国诗人和哲学家万有引力定律m1m1m2vF1=F2=G2F1rrvFm22-112-2G=6.6730´10N×m×kg宇宙中的一切物体都在相互吸引着.万有
4、引力是自然界的基本力之一.NIZQ第8页大学物理学动力学基本定律1.万有引力定律中引入的物体质量称为引力质量.2.适用于描述质点之间的万有引力.重力:是地球对物体万有引力的一个引力重力分力,另一分力为物体随地球绕地轴转动提供的向心力.把地球近似为质量均匀分布的球体,则地面上一个质量为m的物体与地球间万有引力大小为MmF=G2RGM由牛顿第二定律,重力为W=mgQW=Fg=2R(1)g的数值与物体本身的质量无关.(2)g的数值随着离开地面高度增加而减小.NIZQ第9页大学物理学动力学基本定律•弹性力物体因形变而产生欲使其恢复原来形状的力称为弹性力.常见的
5、弹性力:1.弹簧被拉伸或压缩时产生的弹性力;2.物体间相互挤压引起的弹性力;3.绳索被拉紧时产生的张力等.1.弹簧的弹性力vFoxxxAB虎克定律:在弹性限度内,弹性力的大小与弹簧的伸长量成正比,方向指向平衡位置.rrF=-kxNIZQ第10页大学物理学动力学基本定律2.物体间相互挤压而引起的弹性力在弹簧的形变(伸长或压缩)较小时,这N支持力种挤压弹性力总是垂直于物体间的接触面或接触点的公切面,故亦称法向力.3.绳子的拉力拉力:绳或线对物体的作用力;v张力T拉力F张力:绳子内部各段之间的作用力.F问题:粗绳的张力(张力有分布吗?)拉紧的绳中任一截面两侧的
6、两部分之间的相互作用力称该截面处的张力.图示为质量均匀分布的粗绳拉重物.NIZQ第11页大学物理学动力学基本定律-2例题1.已知:F=150Nl=4ma=0.2m×sm=2kg求:距顶端为x米处绳中的张力.F解:对绳用牛顿第二定律F-T-mg=ma(1)Fxxxammgm=x(2)xxlxxTx=F-m(g+a)Txl若绳的质量忽略,则张力等于外力.NIZQ第12页大学物理学动力学基本定律•摩擦力两个物体相互接触,由于有相对运动或者相对运动的趋势,在接触面处产生的一种阻碍物体运动的力,叫摩擦力.静摩擦力物体没有相对运动,但有相对运动的趋势.其方向总与物体
7、相对运动的趋势相反.最大静摩擦力F=m¢FmaxNm¢称为静摩擦系数,它与两物体接触面的材料性质、粗糙程度、干湿情况等因素有关,通常由实验测定.滑动摩擦力物体有相对运动,滑动摩擦力与正压力成正比.F=mFfNμ称为滑动摩擦系数,通常比静摩擦系数稍小一些,计算时一般可不加区别,近似地认为μ＝μ′.NIZQ第13页大学物理学动力学基本定律2-1-3牛顿运动定律的应用示例在惯性参考系中,利用牛顿运动定律,并结合质点运动学,可以解决质点动力学的两类问题:1.已知作用于质点的力(或恒力或变力),求质点的运动(如位置r(t)、速度v(t)和加速度a(t)等).2.已
8、知质点的运动状况,求作用于质点上的力.隔离体法(涉及到两个以上质点的运动):1.
