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1.定律內(nèi)容:物體的加速度跟物體所受的合外力F成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。
? 2.公式:F合=ma
? 牛頓原始公式:F=Δ(mv)/Δt(見牛頓《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》)。即,作用力正比于物體動(dòng)量的變化率,這也叫動(dòng)量定理。在相對(duì)論中F=ma是不成立的,因?yàn)橘|(zhì)量隨速度改變,而F=Δ(mv)/Δt依然使用。
? 3.幾點(diǎn)說明:
? (1)牛頓第二定律是力的瞬時(shí)作用規(guī)律。力和加速度同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消逝。
? (2)F=ma是一個(gè)矢量方程,應(yīng)用時(shí)應(yīng)規(guī)定正方向,凡與正方向相同的力或加速度均取正值,反之取負(fù)值,一般常取加速度的方向反正方向。
? (3)根據(jù)力的獨(dú)立作用原理,用牛頓第二定律處理物體在一個(gè)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的問題時(shí),可將物本所受各力正交分解,在兩個(gè)互相垂直的方向上分別應(yīng)用牛頓第二定律的分量形式:Fx=max,F(xiàn)y=may列方程。
? 4.牛頓第二定律的五個(gè)性質(zhì):
? (1)因果性:力是產(chǎn)生加速度的原因。
? (2)矢量性:力和加速度都是矢量,物體加速度方向由物體所受合外力的方向決定。牛頓第二定律數(shù)學(xué)表達(dá)式∑F = ma中,等號(hào)不僅表示左右兩邊數(shù)值相等,也表示方向一致,即物體加速度方向與所受合外力方向相同。
? (3)瞬時(shí)性:當(dāng)物體(質(zhì)量一定)所受外力發(fā)生突然變化時(shí),作為由力決定的加速度的大小和方向也要同時(shí)發(fā)生突變;當(dāng)合外力為零時(shí),加速度同時(shí)為零,加速度與合外力保持一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。牛頓第二定律是一個(gè)瞬時(shí)對(duì)應(yīng)的規(guī)律,表明了力的瞬間效應(yīng)。
? (4)相對(duì)性:自然界中存在著一種坐標(biāo)系,在這種坐標(biāo)系中,當(dāng)物體不受力時(shí)將保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài),這樣的坐標(biāo)系叫慣性參照系。地面和相對(duì)于地面靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體可以看作是慣性參照系,牛頓定律只在慣性參照系中才成立。
? (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。
? (6)同一性:a與F與同一物體某一狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。
[編輯本段]牛頓第二定律的適用范圍
? (1)只適用于低速運(yùn)動(dòng)的物體(與光速比速度遠(yuǎn)低,特指F=ma形式)。
? (2)只適用于宏觀物體,牛頓第二定律不適用于微觀粒子。
? (3)參照系應(yīng)為慣性系。在非慣性系中不適用。
? 但我們?nèi)钥梢砸搿皯T性”使牛頓第二定律的表示形式在非慣性系中使用。
? 例如:如果有一相對(duì)地面以加速度為a做直線運(yùn)動(dòng)的車廂,車廂地板上放有質(zhì)量為m的小球,設(shè)小球所受的和外力為F,相對(duì)車廂的加速度為a',以車廂為參考系,顯然牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立.即
? F=ma'不成立
? 若以地面為參考系,可得
? F=ma對(duì)地
? 式中,a對(duì)地是小球相對(duì)地面的加速度.由運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性可知
? a對(duì)地=a+a'
? 將此式帶入上式,有
? F=m(a+a')=ma+ma'
? 則有 F+(-ma)=ma'
? 故此時(shí),引入Fo=-ma,稱為慣性力,則F+Fo=ma'
? 此即為在非慣性系中使用的牛頓第二定律的表達(dá)形式.
? 由此,在非慣性系中應(yīng)用牛頓第二定律時(shí),除了真正的和外力外,還必須引入慣性力Fo=-ma,它的方向與非慣性系相對(duì)慣性系(地面)的加速度a的方向相反,大小等于被研究物體的質(zhì)量乘以a。