–1牛頓運(yùn)動(dòng)三定律

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1、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)告訴我們?nèi)绾蚊枋鲑|(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，但并不能告訴我們質(zhì)點(diǎn)按某種方式運(yùn)動(dòng)的原因。這個(gè)問(wèn)題正是質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)（dynamics）所要解決的問(wèn)題。質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓總結(jié)的三大定律。本章將介紹力學(xué)中常見(jiàn)的幾種力和力的分類(lèi)，闡述牛頓三大定律內(nèi)容、應(yīng)用牛頓三大定律處理力學(xué)問(wèn)題的方法，討論如何在非慣性系中處理力學(xué)問(wèn)題。中世紀(jì)（約476年－1453年）是封建制度在歐洲占統(tǒng)治地位的時(shí)期，這個(gè)時(shí)期的歐洲沒(méi)有一個(gè)強(qiáng)有力的政權(quán)來(lái)統(tǒng)治。封建割據(jù)帶來(lái)頻繁的戰(zhàn)爭(zhēng)，造成科技和生產(chǎn)力發(fā)展停滯，人民生活在毫無(wú)希望的痛苦中，所以中世紀(jì)或者中世紀(jì)早期在歐美普

2、遍被稱(chēng)作“黑暗時(shí)代”，是歐洲文明史上發(fā)展比較緩慢的時(shí)期。1453年，意大利產(chǎn)生了文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)，并擴(kuò)展到歐洲很多國(guó)家。涌現(xiàn)出了許多哲學(xué)家、文學(xué)家、藝術(shù)家和科學(xué)家。像但丁、列奧納多·達(dá)·芬奇、米開(kāi)朗基羅、莎士比亞、哥白尼（M.Kopernik，波蘭，1473－1543）、布魯諾（G.Bruno，意大利，1548－1600）、伽利略、開(kāi)普勒（J.Kepler，德國(guó)，1571－1630）、弗蘭西斯·培根等等。在科學(xué)研究方面，一些科學(xué)的先驅(qū)不再盲從“神圣的”圣經(jīng)教義，而用自由探索的精神去認(rèn)識(shí)自然界的一切運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。例如：哥白尼提出

3、日心說(shuō)；開(kāi)普勒總結(jié)出行星運(yùn)動(dòng)三大定律；伽利略對(duì)落體運(yùn)動(dòng)和慣性的研究，發(fā)明了天文望遠(yuǎn)鏡等；笛卡爾（R.Descartes，法國(guó)，1596－1650）提出運(yùn)動(dòng)量（動(dòng)量）守恒思想，后經(jīng)惠更斯（C.Huygens，荷蘭，1629—1695）進(jìn)一步完善，惠更斯還計(jì)算出了單擺的周期公式等。在繼承和發(fā)展前人的科學(xué)成就基礎(chǔ)上，1687年艾薩克·牛頓（I.Newton，1643－1727）出版了《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書(shū)，建立了完整的力學(xué)體系，該書(shū)的出版標(biāo)志著近代科學(xué)的第一個(gè)學(xué)科——經(jīng)典力學(xué)的誕生，堪稱(chēng)科學(xué)史上的一次大綜合。300多年過(guò)

4、去了，牛頓三大定律和萬(wàn)有引力定律已被大量的實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證，它們是描述宏觀低速物體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，是物理學(xué)和現(xiàn)代工程學(xué)的基礎(chǔ)。一、牛頓第一定律伽利略理想實(shí)驗(yàn)每個(gè)物體繼續(xù)保持其靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，除非有力加于其上迫使它改變這種狀態(tài)。這就是牛頓第一定律（Newton’sfirstlaw）。數(shù)學(xué)形式：時(shí)，恒矢量定義了物體的慣性任何物體都有保持其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì)，這一性質(zhì)叫慣性。定義了力力是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的原因.定義了慣性參照系物體在某參考系中,不受其他物體作用而保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),這個(gè)參考系稱(chēng)為慣性系。相對(duì)

5、慣性系靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的參照系也是慣性系。物體的慣性大小與物體的質(zhì)量成正比，因此質(zhì)量大的物體慣性大，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不改變。在生產(chǎn)、生活中，慣性有時(shí)對(duì)我們來(lái)說(shuō)是有弊的，有時(shí)是有利的。如火車(chē)比汽車(chē)不易停止，則是對(duì)我們不利的；我們?cè)谔h(yuǎn)、跳高時(shí)要助跑，是要利用慣性，這是對(duì)我們有利的。牛頓第一定律是通過(guò)分析事實(shí)，再進(jìn)一步概括、推理得出的。我們周?chē)奈矬w，都要受到這個(gè)力或那個(gè)力的作用，因此不可能用實(shí)驗(yàn)來(lái)直接驗(yàn)證這一定律。但是，從定律得出的一切推論，都經(jīng)受住了實(shí)踐的檢驗(yàn)，因此，牛頓第一定律已成為大家公認(rèn)的力學(xué)基本定律之一。二、牛頓第

6、二定律在某一瞬時(shí)，物體的動(dòng)量對(duì)時(shí)間的變化率等于這一瞬時(shí)作用在物體上的力，而且動(dòng)量的時(shí)間變化率的方向與力的方向相同。其數(shù)學(xué)形式為若m為常數(shù)式中m為物體質(zhì)量，為物體的加速度。1N=1kg×1m/s2。在直角坐標(biāo)系中：在自然坐標(biāo)系中：注意（1）相對(duì)性：牛頓第二定律只在慣性參考系中才成立，式中的動(dòng)量和加速度是相對(duì)于慣性參考系的。（2）同體性：物體所受外力、質(zhì)量m和加速度是對(duì)于同一物體。（3）矢量性：力、動(dòng)量和加速度都是矢量，物體加速度方向由物體所受合外力的方向決定。（4）瞬時(shí)性：牛頓第二定律是一個(gè)瞬時(shí)對(duì)應(yīng)的規(guī)律，表明了力的瞬間

7、效應(yīng)。（5）獨(dú)立性：作用在物體上的各個(gè)力，都能各自獨(dú)立產(chǎn)生一個(gè)加速度，各個(gè)力產(chǎn)生的加速度的矢量和等于合外力產(chǎn)生的加速度。三、牛頓第三定律兩個(gè)物體之間作用力和反作用力，大小相等，方向相反，沿同一直線，分別作用在兩個(gè)物體上。（物體間相互作用規(guī)律）注意（1）作用力和反作用力是相互的，受力物體也是施力物體。（2）作用力和反作用力無(wú)主次，無(wú)先后，同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)存在，同時(shí)消失。（3）作用力和反作用力是同一性質(zhì)的力。2－1有人說(shuō)：“當(dāng)物體的加速度為零時(shí)，牛頓第一定律就可視作牛頓第二定律的特殊情況。因此，牛頓三定律應(yīng)改為牛頓二定律而不

8、失其牛頓運(yùn)動(dòng)定律的完整性?！边@樣的說(shuō)法對(duì)嗎？2－2在釣魚(yú)時(shí)，如果上勾的魚(yú)的質(zhì)量較大時(shí)，我們不應(yīng)猛拉魚(yú)線，這樣容易拉斷魚(yú)線，這是為什么？2－3有人說(shuō)：“人推動(dòng)了車(chē)是因?yàn)槿送栖?chē)的力大于車(chē)推人的力”。這種說(shuō)法對(duì)嗎？如果不對(duì)，為什么車(chē)又會(huì)前進(jìn)呢？思考題