清华大学物理学概论第1章牛顿定律2(动力学)

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1、1动量定理角动量定理动能定理牛顿运动定律质点力学质点系力学刚体力学牛顿力学2§1.4牛顿运动定律一.牛顿运动定律1.牛顿运动第一定律内容惯性定律重要概念1.惯性inertia(惯性定律)2.惯性系惯性定律在其中严格成立的参考系叫惯性参考系简称惯性系维持原运动状态的属性3最好的惯性系：FK4系是由1535个恒星平均静止位形作为基准的参考系哪些参考系是惯性系呢？只能靠实验来确定相对已知惯性系匀速运动的参考系也是惯性系目前惯性系的认识情况是4地面参考系自转加速度地心参考系公转加速度太阳参考系绕银河系加速度稍好点的惯性系：太阳一般工程上可用的惯性系地球(地心或地面)52.牛顿第二

2、定律定义质点动量：内容：某时刻质点受的合力为则，合力与动量的变化率有关系：6重要概念在惯性系中使用惯性质量(惯性的量度)在牛顿力学范围内由于质量测量与运动无关，所以常见到关系是：两式统一的证明73.牛顿第三定律内容作用与反作用重要概念施力与受力同时出现同时消失对参考系无特殊要求(由牛顿创造性发现的)8船演示前进方向风吹来取一小块风dm为研究对象初末由牛顿第三定律前进方向风对帆的反作用方向与相反例：利用牛顿定律可解释“逆风行舟”9牛顿力学的胜利1978年发射空间飞船ISEE3，4年后经37次点火和5次飞近太阳而进入了一个复杂的轨道。85年拦截了一个彗星，86年与哈雷慧星相遇

3、。2012年返回。嫦娥奔月10国务院于2004年1月正式批准绕月探测工程立项。用月球应用科学首席科学家欧阳自远的话来说：“10年的论证终于结束了，中国的绕月探测工程自此正式开始实施。”2007年10月24日，让世人瞩目的嫦娥一号卫星发射成功。11二.受力分析1.接触力①垂直作用表面的分力叫压力或支持力B给A的叫压力AB如物体A和B接触NBAA给B的叫支持力NABNAB和NBA是一对作用力和反作用力施力者和受力者12②平行作用表面的分力叫摩擦力f摩擦力的箭头方向的判断：看相对运动趋势：与相对运动趋势相反fABfBA滑动摩擦力－－与运动方向相反固体表面状况用摩擦系数表征ABN

4、—（正）压力13滑动摩擦力－－与运动方向相反固体表面状况用摩擦系数表征N—（正）压力静摩擦力大小与整体受力和运动状态有关，一般要通过动力学方程才可解出。但一旦从静止状态启动，则就有一个最大静摩擦力的问题。最大静摩擦力与压力的关系是一般不同，但有时会混着用142.非接触力场力如万有引力场中受力场源是Mm受M引力大小是方向就是指向M重力场也是一种引力场地球是引力源，对地球上物体有引力作用作用力也是引力恒量均是质点15重力场也是一种引力场地球是引力源，对地球上物体有引力作用作用力也是引力恒量均是质点引力强度：单位质量受力大小：方向：指向场源中心16质点受的引力：大小：方向：指向

5、场源中心地球上质点则一般工程中使用的重力加速度故地球上物体受地球的重力写成17●重力加速度g和地球纬度的关系式为:式中：G─万有引力常量Me─地球质量R─地球半径ω─地球自转角速度F引rωF0PmROP·181)相互作用力有受力者就得有施力者大小相等方向相反分别作用在两者身上2）力的三要素作用点大小方向ABNBANAB讨论3）受力图画研究对象受到的力通常叫隔离体受力图ANBAf桌面N桌G19§1.5牛顿定律的应用两类问题：已知运动求力已知力求运动桥梁是加速度解题步骤：确定对象分析运动画隔离体受力图建坐标列方程解方程20如取直角坐标系，则牛二的分量方程是：xy如取自然坐标

6、系，则牛二的分量方程是：21例自由落体运动（在重力作用下）已知：求：解：第二步：建坐标系如图第一步：画质点m的受力图第三步：列牛顿定律方程（原理式）22第四步：解方程得第五步：由运动学关系求其他物理量匀加速直线运动得则（同学自解）第1章结23特别提醒：1.明确对象2.画对象的受力图—隔离体专注，不要左顾右盼3.直接对质点列牛二原理式不是质点就得分质量元例习题1-8求加速度----整体求7对8的力---1-7或8-13习题1-9对M就得分一系列的dM24*§1.6非惯性系中的惯性力1.必须明确的原则牛顿第二定律只适用于惯性系一.在非惯性系中怎么使用牛顿第二定律2.面对的现实

7、有些实际问题只能在非惯性系中解决3.任务寻求一普遍物理方法可使用统一的动力学规律254.可行的办法在分析受力时只需加上某种“虚拟”的力（称为惯性力）有两种类型的非惯性系平动非惯性系（非惯性系相对惯性系平动）转动非惯性系（非惯性系相对惯性系转动）26二.平动加速参考系的(平移)惯性力地面火车设：地面参考系为惯性系火车参考系相对地面参考系加速平动加速度为质点在火车参考系中运动的加速度为27在地面参考系中可使用牛顿第二定律（1）变形在火车参考系中形式上使用牛顿第二定律（2）地面火车28分析：1)我们认识的牛顿第二定律形式：左边是合力