第二章运动定律和力学中的守恒律

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1、牛顿的一生是天才的一生，战斗的一生，也是孤独的一生。第二章运动定律与力学中的守恒定律两段悼词:一段是他的墓志铭：伊萨克牛顿爵士，安葬在这里。他以超乎常人前言的智力，第一个证明了行星的运动与形状；彗星轨道与海洋的潮汐。他孜孜不倦地研究，光线的各种不同的折射角，颜色所产生的种种性质。让人类欢呼，曾经存在过这样一位，伟大的人类之光。§2-1牛顿运动定律另一段是英国诗人AlexanderPope写的：NatureandNature'slawslayhidinnight.§2-2动量动量守恒定律Godsaid,LetNewtonbe!andallwaslig

2、ht.自然和自然的规律隐藏在茫茫黑夜之中。上帝说：让牛顿降生吧。§2-3功动能势能机械能守恒定律于是一片光明。§2-4角动量角动量守恒定律Itdidnotlast.Thedevil,howling"Ho!LetEinsteinbe!"restoredthestatusquo.牛顿不久，黑暗再次降临。魔鬼咆哮道：嚯！让爱因斯坦降生吧，于是一切又成为光明。14/1/1643-20/3/17272前言§2－1牛顿运动定律运动和物体相互作用的关系是人类几千年来不断探索的课题。2.1.1惯性定律惯性参照系在力学中，物体与物体间的相互作用称之为力。力的作用既有

3、瞬时效应，又有积累效应：前者由牛顿定律在运动的描述中，各种参考系都是等价的。但实验表明，描述，后者则由三大守恒律所描述；动力学规律并非是在任何参考系中都成立。这就引出了惯性参考系的问题。在深一层次上，人们还发现，反映力在时、空过程中积累1、惯性定律效应的三大守恒律是与时、空的某种对称性相联系的。Ê“孤立质点”的模型：从17世纪开始，以牛顿定律为基础建立起来的经典力学体系，一直被认为是“确定论”的。但廿世纪80年代，人们发现了不受其它物体作用或离其他物体都足够远的质点。在“确定论”系统中，却可能出现“随机行为”。为什么？例如，太空中一远离所有星体的飞

4、船。原来物体作何种运动，既与物体间的相互作用有关，又与物Ê惯性定律：体自身的性质有关。当物体内部出现某种非线性因素时，在一一孤立质点将永远保持其原来静止或匀速直线运动状态。定条件下即可能导致混沌。34Ê惯性和惯性运动1什么是惯性系：孤立物体相对于某参照系为静止或作匀速1惯性：任何物体都有保持其原有运动状态的特性，惯性是物直线运动时，该参照系为惯性系。质固有的属性。2如何确定惯性系──只有通过力学实验。2惯性运动：物体不受外力作用时所作的运动。*1地球是一个近似程度很好的惯性系3惯性和第一定律的发现，使人们最终把运动和力分离开来。a−3ma=3.4×

5、10−2m但公=5.9×102自s2２、惯性系和非惯性系s*2太阳是一个精度很高的惯性系问题的提出：惯性定律是否在任何参照系中都成立？−10−1太阳对银河系核心的加速度为a日银=10m⋅s左图中，地面观Í马赫认为：所谓惯性系，其实质应是相对于整个宇宙的平察者和车中观察者G−aAB均加速度为零的参照系──因此，惯性系只能无限逼近，而ABG对于惯性定律运用静止时a无最终的惯性系。的认知相同吗？3相对于已知惯性系作匀速直线运动的参照系也是惯性系。4一切相对于已知惯性系作加速运动的参照系为非惯性系。5612.1.2牛顿第二定律惯性质量引力质量3o力的叠加原

6、理※牛顿第二定律：物体受到外力作用时，它所获得加速度的大若一个物体同时受到几个力作用，则合力产生的加速度，等小与合外力的大小成正比；与物体的质量成反比；加速度的方于这些力单独存在时所产生的加速度之矢量和。向与合外力F的方向相同。力的叠加原理的成立，不能自动地导致运动的叠加。GG其数学形式为F=kma2、关于质量的概念比例系数k与单位制有关，在国际单位制中k=1。１o质量是物体惯性大小的量度：F=m惯a1、关于力的概念２o引力质量与惯性质量的问题：F＝ＧＭmR2引引１o力是物体与物体间的相互作用，这种作用可使物体产生形变，也可使物体获得加速度。m1惯

7、m2惯GM调节引力常数Ｇ，==2２o物体之间的四种基本相互作用；m1引m2引Ra使m引，m惯的比值为1。⎧引力作用⎧强相互作用惯性质量与引力质量等价是广义相对论的出发点之一。两种长程作用⎨两种短程作用⎨⎩电磁作用⎩弱相互作用3、牛顿第二定律给出了力、质量、加速度三者间瞬时的定力的概念是物质的相互作用在经典物理中的一种表述。量关系782.1.4牛顿定律的应用2.1.3牛顿第三定律1o作用力与反作用力是分别作用在两个物体上的，不是一对1、牛顿定律只适用于惯性系；平衡力。2、牛顿定律只适用于质点模型；2o作用力与反作用力是同一性质的力。3、具体应用时，要

8、写成坐标分量式。3o若A给B一个作用，则A受到的反作用只能是B给予的。⎧Fx=max*：牛顿第三定律只在实物物体之间，且运