5 大学物理 牛顿三定律.ppt

白云苍狗，沧海桑田，世界变换无常，在这变化着的一切的背后存在者一种不变的规律。科学就是要寻找这种“规律”。自然规律反应了事物之间的因果关系。例如永动机不可能就是因果率的一种特殊形式。能量守恒定律是从“无中不能生有”的原则中推演出来的。,构成稳定的因果关系满足两条件可重复性和可预见性，这是科学存在的必要前提。因果关系可以归结为,,等价（相同）的原因等价（相同）的结果,例如wmg具有时间反演对称性，是物理规律的对称性，如果将自由落体运动的录象带倒过来放演，观众不能判断正反。而阻力不具有时间反演对称性，倒过来放演，则不行。,一个操作产生等价的效果就是对称性。,对称性对称性的概念最初来源于生活，后来在数学和物理领域中迅速发展，目前描述对称性的数学语言是群论。一个操作使系统从一个状态变化到另一个等价的状态，则称该系统对此操作是“对称的”。例如围绕圆心旋转任意角度的操作都是对称的。,时空操作有时间反演；空间平移；时间平移，空间旋转等。在时空操作中产生等价的效果就是时空对称性。,由对称性原理导出的能量守恒、动量守恒定律等，是跨越物理学各个领域的普遍法则，是凌驾于基本规律之上的更高层次的法则。目前，在未知的领域，人们正高度自觉的运用该法则，探索物质结构更深层次的奥秘。,对称性原理（1894年PierreCurie）原因中的对称性必然反映在结果中,或者结果中的不对称性必然在原因中有反映。例如平抛物体，由于对称性，物体在v、mg所确定的平面内运动，如果偏离此平面，一定有横向的风。,时空的对称性决定了该时空中物理量的对称性,某种时空操作,,存在与其相应的某种对称性,必导致某一物理量的守恒定律,,时间平移不变性,,能量守恒不可观测的物理量是绝对时间,空间平移不变性,,动量守恒不可观测的物理量是绝对位置,空间旋转不变性,,角动量守恒不可观测的物理量是绝对方位,,,,,,,,,自然和自然规律隐藏在黑暗之中，上帝说“让牛顿降生吧”，一切就有了光明；但是，光明并不久长，魔鬼又出现了，上帝咆哮说“让爱因斯坦降生吧”，就恢复到现在这个样子。,牛顿（1642.12.261725.3.20）,英国数学和物理学家，剑桥大学教授，终身担任英国皇家学会会长。1687.7出版了自然哲学的数学原理建立了经典力学的科学体系，牛顿力学是整个物理学的基础。微积分的创始人之一。,一、牛顿运动第一定律惯性定律,惯性的概念物体具有试图保持其运动状态（）不变的特性。,第二章牛顿运动定律,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。（是理想化抽象思维的产物）。,F0时V恒矢量,,二、牛顿运动第二定律,在宏观低速情况下，m与物体的运动速度无关。故有,力的定义,是物体运动状态发生变化的原因。,是物体之间的相互作用。,惯性质量的定义,m是物体惯性大小的度量，称为惯性质量,注意,1.上式是一个瞬时关系式，即等式两边的各物理量都是同一时刻的物理量。,4.要注意定律的矢量性。,5。具有时间反演对称性,直角坐标系中,自然坐标系中,5.牛顿第二定律的投影形式,两个物体之间的相互作用力总是大小相等的，而且指向相反的方向。,1、作用力和反作用力是同种性质的力；,三、牛顿运动第三定律,2、作用力和反作用力是相互依存的；,3、作用力和反作用力是作用于不同的两个物体，效果不同，不能相互抵消。,4、牛顿第三定律是空间具有平移对称性的必然结果。5、使用范围惯性系、宏观物体、低速度。,2-3、几种常见的力,1、万有引力,G6.6710-11Nm2/kg2,例、地球对物体的引力,引力质量,由万有引力定律定义的质量。,描述物体产生引力或接收引力的本领的大小。,理论与实验证明对于同一个物体，惯性质量与引力质量大小相等,F＝mgGmMe/R2所以gGMe/R2,重力,,,,,,,,,,,,,,考虑地球自转，物体受到的地球引力，一部分提供了向心力，另一部分才是引起物体向地面降落的重力。,重力加速度,不考虑地球自转，地面附近的物体受到的引力，为重力。,,,,,,,,,,,向心力,,,重力Wmg,,二、弹性力胡克定律,弹力发生形变的物体，由于力图恢复原状，对与它接触的物体产生的作用力。如压力、张力、拉力、支持力、弹簧的弹力。在弹性限度内f-kx,方向总是与形变的方向相反,张力当绳子受到拉伸时，截面两边的两段绳子之间的拉力。若不计绳的质量，绳中张力处处相等。,三、摩擦力物体运动时，由于接触面粗糙而受到的阻碍运动的力。分滑动摩擦力和静摩擦力最大静摩擦力滑动摩擦力静摩擦力的大小随引起相对运动趋势的外力的变化而变化。,四、流体阻力当固体穿过液体或流体时，会受到流体的阻力，与运动物体的速度方向相反，大小随速度变化。1。速度较小Fbv2.速度较大但低于声速时3。速度接近空气中的声速时,2-5、牛顿定律的应用,应用牛顿定律的16字口诀,隔离物体；,受力分析；,选择坐标；,建立方程。,例1、质量为m的小球，在水中受的浮力为常力F，当它从静止开始沉降时，受到水的粘滞阻力为fkvk为常数），证明小球在水中竖直沉降的速度v与时间t的关系为,式中t为从沉降开始计算的时间,证明取坐标，作受力图。,根据牛顿第二定律，有,初始条件t0时v0,得证,讨论,收尾速度的速度,例2、在倾角为的圆锥体的侧面放一质量为m的小物体，圆锥体以角速度绕竖直轴匀速转动。轴与物体间的距离为R，为了使物体能在锥体该处保持静止不动，物体与锥面间的静摩擦系数至少为多少并简单讨论所得到的结果。,1。对给定的ω、R和θ，μ不能小于此值，否则最大静摩擦力不足以维持m在斜面上不动。,讨论,由μ0,可得gcosθ-ω2Rsinθ0,所以,时，物体不可能在锥面上静止不动,当,转速小、半径小，平衡容易维持。,讨论2,例3、顶角为2的直圆锥体，底面固定在水平面上，如图所示。质量为m的小球系在绳的一端，绳的另一端系在圆锥的顶点，绳长为l，且不能伸长，质量不计。圆柱面是光滑的，今使小球在圆锥面上以角速度绕OH轴匀速转动，求1、锥面对小球的支持力N和细绳的张力T；2、当增大到某一值c时，小球将离开锥面，这时c及T又各是多少,解设小球所在处圆锥体的水平截面半径为r,,Y,例3、在半径为R的光滑半球形碗内有一小球，质量为m。小球由静止自碗边缘滑下。求小球在通过碗底时对碗底的压力和小球的速度。,解,沿切线方向和法线方向建立运动方程,作业2-42-62-102-122-16练习册p75；p914,,再见,