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非惯性系中的力学问题

时间:2022-12-07 百科知识 版权反馈
【摘要】:尽管牛顿运动定律不适用于非惯性系,但在很多情况下需要在非惯性系中分析和处理力学问题,而且我们希望形式简洁、物理图像清晰的牛顿第二定律也能在非惯性系中用于定量的计算.解决这个问题的方法是引入一个假想的力,叫做惯性力,用F惯表示.设非惯性系S'相对惯性系S以加速度a0运动,运动物体相对S系和S'系的加速度分别为a、a',则在S'系中物体除了受合外力F外,还受到惯性力F惯,其大小等于物体的质量m与非惯性

尽管牛顿运动定律不适用于非惯性系,但在很多情况下需要在非惯性系中分析和处理力学问题,而且我们希望形式简洁、物理图像清晰的牛顿第二定律也能在非惯性系中用于定量的计算.解决这个问题的方法是引入一个假想的力,叫做惯性力,用F表示.

设非惯性系S'相对惯性系S以加速度a0运动,运动物体相对S系和S'系的加速度分别为aa',则在S'系中物体除了受合外力F外,还受到惯性力F,其大小等于物体的质量m与非惯性系加速度a0的乘积,方向与a0方向相反,即

F=-ma0  (2.5)

这样在非惯性系S'中,牛顿第二定律的形式为

FFma'  (2.6)

注意,惯性力是假象力,或者说是虚拟力.它与真实力的最大区别在于它不是因物体之间相互作用而产生的,它没有施力者,也不存在反作用力.引入惯性力可以让我们在非惯性系中应用牛顿运动定律解决问题.

在本节开始的例子中,相对地面加速运动的车厢参考系是非惯性系,根据上述分析,车厢桌面上的小球受到一个与车厢加速度a0方向相反的惯性力F=-ma0,这个惯性力使小球获得加速度-a0.当车厢加速前进时,车内乘客感受到一个向后的作用力,而车厢减速时感受到一个向前的作用力,都是惯性力的表现.

F为物体受到的转盘平面的摩擦力,它是物体作圆周运动的向心力,其大小为F=mr2ω,故惯性力

图2.5 惯性离心力

Fi方向沿半径向外,称为惯性离心力,如图2.5所示.可见,转动参考系是非惯性系,为在其中应用牛顿定律,必须引入一个虚拟力——惯性离心力.惯性离心力效应是在科研、医药和化工领域中广泛应用的离心萃取技术的物理原理.

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