大学物理 牛顿运动定律

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大学物理学第二章 牛顿运动定律安徽大学出版社

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第二章

牛顿运动定律

2-1 牛顿运动定律 2-2 物理量的单位和量纲 2-3 牛顿定律的应用举例*2-4

非惯性系 惯性力

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第二章· 第二章·牛顿运动定律

2-1 牛顿运动定律1686年，牛顿(Newton)在 年 牛顿 在 他的《自然哲学的数学原理》 他的《自然哲学的数学原理》 一书中发表了牛顿运动三定律. 一书中发表了牛顿运动三定律.

牛顿(1643-1727) 牛顿(1643-1727)英国物理学家, 英国物理学家 经典物 理学的奠基人 .

*牛顿关于运动的三个定律，是整个动力学的基础 牛顿关于运动的三个定律， 牛顿关于运动的三个定律

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第二章· 第二章·牛顿运动定律

一、牛顿第一定律(Newton’s First Law) 任何物体都要保持其静止或匀速直线运动状态， 定义：任何物体都要保持其静止或匀速直线运动状态，直到外力迫使它改变运动状态为止 .

v v 恒矢量 F = 0时 v =

第一定律包含两个重要概念 惯性( 任何物体都具有保持其运动状态不变的性质. 1. 惯性 inertia) 任何物体都具有保持其运动状态不变的性质. 力是引起运动状态改变的原因. 2. 力(force) 力是引起运动状态改变的原因. 第一定律建立了惯性系. 第一定律建立了惯性系. 惯性系一个参照系是否为惯性系，要由观察和实验来判断. * 一个参照系是否为惯性系，要由观察和实验来判断. 地球是否为惯性系？ 不受力或受力平衡，or静止或匀速直线运动 静止或匀速直线运动) * 地球是否为惯性系？(不受力或受力平衡，or静止或匀速直线运动)

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第二章· 第二章·牛顿运动定律

*自然界四种基本相互作用

种类 引力 弱力 电磁力 强力

作用对象 所有粒子 大多数粒子 带电粒子 强子

作用距离 相对强度 传递作用的 13 (cm) (10 cm处) 微观粒子 处

∞< 10 16

10 3810 13

引力子？ 引力子？ 中间玻色子 光子 (γ ) 胶子 (g )

∞< 10 13

10 2

1

使地球从宇宙中聚合而成，绕太阳旋转； 万有引力(gravitational force) 使地球从宇宙中聚合而成，绕太阳旋转； 使原子聚合为一体，产生物质； 电磁力(electromagnetic force):使原子聚合为一体，产生物质； 除氢外还产生其它元素，从而生命得以形成； 强力(strong force):除氢外还产生其它元素，从而生命得以形成； 使星球发光发热，否则，生命不能持续. 弱力(weak force) :使星球发光发热，否则，生命不能持续November 22, 2010 Page #

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第二章· 第二章·牛顿运动定律

温伯格 萨拉姆 格拉肖

弱相互作用 电磁相互作用

电弱相互 作用理论

三人于1979年荣获诺贝尔物理学奖 三人于1979年荣获诺贝尔物理学奖 . 1979 鲁比亚, 范德米尔实验证明电弱相互作用， 鲁比亚, 范德米尔实验证明电弱相互作用， 1984年获诺贝尔奖 1984年获诺贝尔奖 . 电弱相互作用 强相互作用 万有引力作用 “大统一”(尚待实现) 大统一” 尚待实现) 大统一

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第二章· 第二章·牛顿运动定律

二、牛顿第二定律(Newton’s Second Law) v v 的物体， 的作用下， 定义：动量为 P 的物体，在合外力 F 的作用下，其动量随时间的变化率应当等于作用于物体的合外力. 其动量随时间的变化率应当等于作用于物体的合外力.

v v r dp dmv F= = dt dt v v 当 v << c 时， m 常量 F(t) = ma(t) 为dv Fτ = maτ = m dtv2 Fn = man = m RPage #

分量式

Fx = maxFy = may

r r F = ma

Fz = mazANHUI UNIVERSITY

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第二章· 第二章·牛顿运动定律

体现瞬时关系 体现瞬时关系 瞬时 牛顿定律的研究对象是单个物体(质点) 牛顿定律的研究对象是单个物体(质点) 适用于惯性系 适用于惯性系 力的叠加原理(矢量性) 力的叠加原理(矢量性) v v v v F = F1 + F2 + F3 + L

v v v v a = a1 + a 2 + a 3 + L

v v v v F = Fx i + Fy j + Fz k v v v v a = ax i + a y j + az kANHUI UNIVERSITY

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第二章· 第二章·牛顿运动定律

三、牛顿第三定律(Newton’s Third Law) 定义：两个物体之间作用力和反作用力,沿同一直线,大小 两个物体之间作用力和反作用力,沿同一直线,相等,方向相反,分别作用在两个物体上. 相等,方向相反,分别作用在两个物体上.

r r F = F2 1(1) 作用力和反作用力成对， 作用力和反作用力成对， 同时产生，同时消灭. 同时产生，同时消灭 (2) 分别作用于两个物体上， 分别作用于两个物体上， 不能抵消. 不能抵消 (3) 属于同一种性质的力 属于同一种性质的力. (4) 物体静止或运动均适用 物体静止或运动均适用.

The two elephants exert action and reaction forces on each other.

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