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      1. 慣性與參照系

        時(shí)間:2023-03-12 04:18:09 物理畢業(yè)論文 我要投稿
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        慣性與參照系

          一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。這就是牛頓第一定律,又叫做慣性定律。
          物體的這種保持原來的勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)叫做慣性。
          假如這里脫離了任何天體的引力,飛船在靠慣性飛行。那么飛船里的人和一切物體都處于‘失重’狀態(tài),可以飄在空中,從手里松開的任何東西也不會(huì)往下落。如果飛船又開動(dòng)了火箭,以一定的加速度向前飛行,那么飛船里的人又感到有了‘重量’,原來在空中漂浮的東西又紛紛加速下落。如果飛船的加速度等于g=9.8米/秒2 ,那么這些現(xiàn)象就跟飛船停在地面時(shí)發(fā)生的一樣。假定飛船里的乘客完cuan聽不到飛船的火箭工作的聲音,他又看不到飛船外的任何物體,他就無法區(qū)分飛船是靜止在地面或是在沒有任何引力的空間做加速飛行。
          在描述一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)時(shí),選另外的物體作為標(biāo)準(zhǔn)。描寫物體的運(yùn)動(dòng),可以考慮研究問題的方便,而任意選擇參照系。在某參照系看來,物體具有慣性,保持慣性運(yùn)動(dòng),在另一參照系看來物體卻在加速運(yùn)動(dòng)。那么相對(duì)于某參照系,物體以一定的加速度加速運(yùn)動(dòng)時(shí),相對(duì)于另一參照系看來,物體有可能具有慣性,在保持慣性運(yùn)動(dòng)。
          物體具有慣性,在加速系(非慣性系)看來,物體以一定的加速度加速運(yùn)動(dòng)。在非慣性系看來,以一定的加速度加速運(yùn)動(dòng)的物體,在慣性系看來,物體具有慣性。
          在慣性系中加速運(yùn)動(dòng)的物體,在非慣性系看來,物體具有慣性。例如自由落體運(yùn)動(dòng)在自由落體系看來處于慣性狀態(tài)。
          物體相對(duì)于參照系表現(xiàn)為慣性時(shí),相對(duì)于另一參照系(有可能)表現(xiàn)為不是慣性。相對(duì)于另一參照系,物體表現(xiàn)為不是慣性時(shí);相對(duì)于參照系(有可能)表現(xiàn)為慣性。。
          如果物體相對(duì)于參照系表現(xiàn)為慣性時(shí),把此時(shí)的參照系叫為慣性系,相對(duì)于另一參照系(有可能)表現(xiàn)為不是慣性時(shí)的參照系叫為非慣性系;,那么在慣性系中物體具有慣性,在非慣性系看來(加速系)物體受到慣性力加速運(yùn)動(dòng);在非慣性系中受慣性力加速運(yùn)動(dòng)時(shí),在慣性系看來,物體具有慣性。那么在非慣性系(加速系)看來物體具有慣性時(shí),在慣性系中,物體受到力加速運(yùn)動(dòng)。在非慣性系中物體具有慣性指的是什么呢?原來選擇不同的參照系所說的慣性有可能不同。在廣義相對(duì)性原理獨(dú)特視角中,指出慣性力與力抵消時(shí),物體具有慣性。例如在引力場(chǎng)中自由降落的參考系中,物體受到的慣性力與引力相抵消(就是物體受力產(chǎn)生的加速度與加速系的加速度相同時(shí)在加速系看來物體不受力),物體處于慣性狀態(tài)(看不出物體受到慣性力,看不出物體受到引力,在自由落體系看來物體對(duì)系統(tǒng)不產(chǎn)生力,沒有處于有加速度的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),在自由落體系看來物體不受力,處于慣性狀態(tài))。在這個(gè)自由落體系中,慣性定律很好地成立,一個(gè)不受外力作用的物體將保持其原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài),這一非慣性系實(shí)在是很好的慣性系。
          力是物體間的相互作用,有受力物體就有施力物體。物體受力可以分為兩種:一 施力物體與受力物體相接處;二 施力物體與受力物體不相接觸。
          飛船里的人又感到有了“重量’’---物體沒受力(在慣性系看來),與受力一樣。
          在加速系中物體沒受力,在慣性系中物體受力(例如自由落體系),物體沒受力與受力感覺一樣;那么,在慣性系中物體受力(加速運(yùn)動(dòng))與加速系中沒受力一樣嗎?
          施力物體與受力物體不相接觸時(shí),例如引力,在慣性系看來物體受到力,產(chǎn)生加速度;在加速系自由落體系看來物體不受力,對(duì)外不產(chǎn)生力,物體保持慣性狀態(tài)。物體明明受到了力,為什么物體不受力呢?受力與沒受力的感覺一樣。那么,物體受力,施力物體與受力物體相接處時(shí),又如何?在慣性系看來,物體受力產(chǎn)生的加速度與加速系的加速度相同時(shí),在加速系看來,物體受力嗎? 
          力是物體間的相互作用---物體不受力時(shí),對(duì)外不產(chǎn)生力。
          力是使物體產(chǎn)生加速度的原因---物體的加速度運(yùn)動(dòng)時(shí),是受力的一種表現(xiàn)。

          施力物體與受力物體處于加速系(非慣性系)中(例如上面的飛船中),由于施力物體與受力物體相接觸,兩者處于同一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。受力物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在加速系看來,施力物體對(duì)加速系(例如飛船地板)不產(chǎn)生力,施力物體沒有處于有加速度的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),施力物體不受力。施力物體對(duì)受力物體產(chǎn)生力嗎?如果產(chǎn)生力,那么受力物體加速運(yùn)動(dòng),在加速系看來受力物體靜止(或勻速直線運(yùn)動(dòng)),所以雖然施力物體與受力物體相接處,但在加速系看來施力物體對(duì)受力物體不產(chǎn)生力。施力物體與受力物體都處于慣性狀態(tài)。在慣性系看來,施力物體對(duì)受力物體產(chǎn)生力,受力物體產(chǎn)生加速度。
          物體具有保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)。如果其中的勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止相對(duì)于參照系而言,那么相對(duì)于某參照系表現(xiàn)為慣性時(shí),相對(duì)于另一參照系有可能表現(xiàn)為不是慣性;相對(duì)于另一參照系表現(xiàn)為慣性時(shí),相對(duì)于某參照系有可能表現(xiàn)為不是慣性。 《慣性與參照系》的補(bǔ)丁——選擇不同的參照系,所說的慣性有可能不同。
          一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。這就是牛頓第一定律。
          我們的理解是:原來靜止的物體具有保持靜止的性質(zhì);原來勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體具有保持原來勻速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì);受到外力時(shí),物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變,產(chǎn)生加速度;外力消失時(shí),物體保持此時(shí)的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變。
          有的書中對(duì)慣性的定義是:物體的這種保持原來的勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)叫做慣性。其中“原來的”幾個(gè)字容易誤解(不知確切地址,無法通知書編者)。物體受外力一段時(shí)間,外力又消失時(shí),物體保持的是沒受力以前原來的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),還是外力消失時(shí),此時(shí)的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)?一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),外力使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變,物體的速度值增加或減少,外力消失時(shí),保持此時(shí)的速度勻速直線運(yùn)動(dòng)。

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