第2章 牛顿定律及其应用,本章目录,2-1 牛顿定律 2-2 力学的单位制和量纲 2-3 几种常见的力 2-4 牛顿定律的应用 2-5 非惯性系中的力学问题 2-6 流体曳力与终极速率,计划学时：2,2-1 牛顿定律,一、牛顿第一定律 惯性参照系,1、牛顿第一定律,若 ，则物体的速度不会改变。,如何判断一个参考系是惯性系？,实际上：力、运动、参考系三者不是互相独立的。 惯性系是理想模型，其存在是牛顿力学的基础和前提。,对于日常运动的研究和实验，地面可作为近似程度相当好的惯性系；而相对地面加速运动的参考系是非惯性系。 重要性质： 相对已知惯性系静止或匀速直线运动的参考系是惯性系；相对已知惯性系加速运动的参考系是非惯性系。,实际生活中存在大量非惯性系，分为两类： 1）加速平动参考系； 2）转动参考系,在非惯性系中牛顿运动定律不成立！,二、牛顿第二定律,三、牛顿第三定律,两物体相互作用时，其相互作用力总是大小相等、方向相反。,2-2 力学的单位制和量纲,地球到银河系 地球的半径 珠穆朗玛峰高度 书页的厚度 生物病毒大小 氢原子半径 质子的有效半径,2、时间,生命的诞生：约40亿年 人类：300万年（1014s） 中间玻色子寿命：1024s,地球年龄:,3、质量的标准,标准千克 原子质量单位,二、量纲,表示每个物理量怎样由基本量组成的式子，称为量纲（或量纲式）。,用途： 用于单位换算 用于检验公式的正误,量纲分析法是处理物理学问题的重要方法之一。,2-3 几种常见的力,一、万有引力和重力,1、万有引力,2、引力加速度 重力加速度,3、 重力,二、弹性力,1、绳中的张力,2、正压力和支持力,3、弹簧的弹力,三、摩擦力,静摩擦力 滑动摩擦力,解题应注意：,3）选定坐标 参考系、坐标系、正方向,1）隔离物体 明确研究对象，物体为质点或可视为质点。,2）具体分析 研究对象的运动情况和受力情况，明确物 体所受合力，力是矢量，其大小、方向。,4）建立方程 分量式,2-4 牛顿定律的应用,实际生活中常常遇到非惯性系中的力学问题。,在非惯性系中牛顿运动定律不成立,2-5 非惯性系中的力学问题 惯性力,性质：不是真实的力，无施力物体，无反作用力，是非惯性系加速度的反映。,非惯性系中的力学定律：,惯性系中的力学定律：,作用：引人惯性力后，在非惯性系中，牛顿第二定律 形式上成立。,2-6 流体曳力与终极速率,流体是指能流动的任何物体通常为气体或液体。这里，只讨论流体为空气的情形。,当流体（空气）与物体之间有相对运动，物体会受到阻碍相对运动的曳力，曳力的方向指向流体相对物体流动的方向。,式中： 为空气密度， 物体的有效横截面积， 曳引系数，通常随速率变化。,一个粗钝的物体由静止从空中落下，曳力向上，其大小随物体速率的增大而由零增大。,竖直方向上：,若物体下落距离足够长，总有： 即物体的速率不再增大。于是，物体会以恒定速率下落，此速率称为终极速率。,由 可得：,