牛顿运动定律

1、西安建筑科技大学理学院物理系西安建筑科技大学理学院物理系第2-1页西安建筑科技大学理学院物理系西安建筑科技大学理学院物理系第2-2页质点动力学力的种类力的种类力的瞬时力的瞬时作用规律作用规律力的时间力的时间累积作用累积作用万万有有引引力力弹弹性性力力牛牛顿顿运运动动三三定定律律力的空间力的空间累积作用累积作用摩摩擦擦力力动动量量定定理理动量动量守恒守恒定理定理动动能能定定理理功功能能原原理理机械机械能守能守恒定恒定律律西安建筑科技大学理学院物理系西安建筑科技大学理学院物理系第2-3页2.1 牛顿运动三定律牛顿运动三定律任何质点都保持静止或匀速直线运动状态，直到其它物体任何质点都保持静止或匀速直

2、线运动状态，直到其它物体作用的力迫使它改变这种状态为止。作用的力迫使它改变这种状态为止。第一定律第一定律引进了引进了二个重要概念二个重要概念惯性惯性 质点不受力时保持静止或匀速直线运动状质点不受力时保持静止或匀速直线运动状态的的性质态的的性质, ,其大小用质量量度。其大小用质量量度。 力力 使质点改变运动状态的原因使质点改变运动状态的原因0iF质点处于静止或匀速直线运动状态时：质点处于静止或匀速直线运动状态时：( 静力学基本方程静力学基本方程 )一一. 牛顿第一定律牛顿第一定律西安建筑科技大学理学院物理系西安建筑科技大学理学院物理系第2-4页二二. 牛顿第二定律牛顿第二定律某时刻质点动量对时间

3、的变化率正比与该时刻作用在质点上某时刻质点动量对时间的变化率正比与该时刻作用在质点上所有力的合力所有力的合力。tmtmtmFiddddd)d(vvvamtmFiddv当物体的质量不随时间变化时当物体的质量不随时间变化时 直角坐标系下为直角坐标系下为 dd22txmFix22ddtymFiy22dd tzmFiz西安建筑科技大学理学院物理系西安建筑科技大学理学院物理系第2-5页讨论讨论(1) (1) 第二定律只适用于质点的运动情况第二定律只适用于质点的运动情况物体在运动中质量有所增减物体在运动中质量有所增减, ,如火箭、雨滴问题。如火箭、雨滴问题。高高速（速（v 106 m/s ) 运动中运动中

4、, ,质量与运动速度相关质量与运动速度相关, ,如相对论效应问题。如相对论效应问题。(2) (2) 以下两种情况下，质量不能当常量以下两种情况下，质量不能当常量西安建筑科技大学理学院物理系西安建筑科技大学理学院物理系第2-6页FF三三. 牛顿第三定律牛顿第三定律第三定律揭示了第三定律揭示了力力的两个性质的两个性质成对性成对性 物体之间的作用是相互的。物体之间的作用是相互的。同时性同时性 相互作用之间是相互依存，同生同灭。相互作用之间是相互依存，同生同灭。当物体当物体 A 以力以力作用于物体作用于物体 B 时，物体时，物体 B 也同时以力也同时以力FF作用于物体作用于物体 A 上，上，F和和F总

5、是大小相等，方向相反，总是大小相等，方向相反，且在同一直线上。且在同一直线上。讨论讨论第三定律是关于力的定律，它适用于接触力。对于非接触第三定律是关于力的定律，它适用于接触力。对于非接触的两个物体间的相互作用力，由于其相互作用以有限速度的两个物体间的相互作用力，由于其相互作用以有限速度传播，存在延迟效应。传播，存在延迟效应。西安建筑科技大学理学院物理系西安建筑科技大学理学院物理系第2-7页2.2 力学中常见的几种力力学中常见的几种力一一. 万有引力万有引力1m2m21F0r12Fr质量为质量为 m1、m2 ，相距为，相距为 r 的的两质点间的万有引力大小为两质点间的万有引力大小为221rmmG

6、F 21311skgm1067. 6G用矢量表示为用矢量表示为022121rrmmGF说明说明(1) (1) 依据万有引力定律定义的质量叫依据万有引力定律定义的质量叫引力质量引力质量；依据牛顿；依据牛顿第二定律定义的质量叫第二定律定义的质量叫惯性质量惯性质量。实验表明：对同一物。实验表明：对同一物体来说，两种质量总是相等。体来说，两种质量总是相等。万有引力常量单位矢量西安建筑科技大学理学院物理系西安建筑科技大学理学院物理系第2-8页如图所示，一质点如图所示，一质点m 旁边放一长度为旁边放一长度为L 、质量为质量为M 的杆，的杆，杆离质点近端距离为杆离质点近端距离为l 。MmLl解解例例* *该

7、系统的万有引力大小。该系统的万有引力大小。求求22dddLxxmMGxMmGfxMd dxoxd? 2lmMGF xLllLllxxLmMGxLxmMGff 2 2 ddd)(LllmMG当当 l L 时时)( LllmMG2lmMG(2) (2) 万有引力定律只直接适用于两质点间的相互作用万有引力定律只直接适用于两质点间的相互作用杆与质点间的杆与质点间的万有引力大小为万有引力大小为质点与质量元间的万有引力大小为质点与质量元间的万有引力大小为西安建筑科技大学理学院物理系西安建筑科技大学理学院物理系第2-9页)cos0035. 01 (22RMmGP(3) (3) 重力重力是地球对其表面附近物体

8、万有引力的分力是地球对其表面附近物体万有引力的分力为物体所处的地理纬度角为物体所处的地理纬度角设地球半经为设地球半经为R ，质量为，质量为M ，物体质量为，物体质量为m ，考虑地球考虑地球自转后物体重力为自转后物体重力为二二. 弹性力弹性力当两宏观物体有接触且发生微小当两宏观物体有接触且发生微小形变形变时，形变的物体对与它接触的物体会时，形变的物体对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫产生力的作用，这种力叫弹性力弹性力 。在形变不超过一定限度内，弹簧的弹在形变不超过一定限度内，弹簧的弹性力性力 遵从遵从胡克定律胡克定律ikxf 绳子在受到拉伸时，其内部也同样出现绳子在受到拉伸时，其内部也同样

9、出现弹性张力弹性张力。NNP无形变，无弹性力无形变，无弹性力负号表示弹性力的方向总是指向平衡中心（原长处）。负号表示弹性力的方向总是指向平衡中心（原长处）。西安建筑科技大学理学院物理系西安建筑科技大学理学院物理系第2-10页四四. 摩擦力摩擦力当两相互接触的物体当两相互接触的物体彼此之间保持相对静止，且彼此之间保持相对静止，且沿接触面有沿接触面有相对运动趋势时，在接触面之间会产生一对阻止上述运动趋相对运动趋势时，在接触面之间会产生一对阻止上述运动趋势的力，势的力，称为称为静摩擦力静摩擦力。 1. 静摩擦力静摩擦力说明说明静摩擦力的大小随引起相对运动趋势的外力而变化。最大静摩擦力的大小随引起相对

10、运动趋势的外力而变化。最大静摩擦力为静摩擦力为 fmax=0 N2. 滑动摩擦力滑动摩擦力两物体相互接触，并有相对滑动时，在两物体接触处出现两物体相互接触，并有相对滑动时，在两物体接触处出现的相互作用的摩擦力，称为的相互作用的摩擦力，称为滑动摩擦力滑动摩擦力。 Nf ( 0 为最大静摩擦系数为最大静摩擦系数，N 为正压力为正压力) )( 为滑动摩擦系数为滑动摩擦系数)西安建筑科技大学理学院物理系西安建筑科技大学理学院物理系第2-11页2.3* 牛顿运动定律的应用牛顿运动定律的应用西安建筑科技大学理学院物理系西安建筑科技大学理学院物理系第2-12页2.4 牛顿运动定律的适用范围牛顿运动定律的适用范围牛顿运动定律适用于牛顿运动定律适用于宏观宏观物体的物体