惯性力与真实力的区别与联系学年论文

惯性力与真实力的区别与联系摘要惯性力是实际上并不存在，可以用来区别非惯性参考系以及惯性参考系。在非惯性系参考中牛顿运动定律是不成立的，而惯性力是由于参考系本身相对于惯性参考系作加速运动所引起的力。在引入惯性力后，对非惯性参考系来讲，牛顿运动定律在形式上就“仍然”可以成立。在平面转动参考系中，质点受到了三种惯性力，其中的科氏力在日常生活中是最为常见的且对我们的生活影响重大。惯性力在生活中像真实力那样存在，通过举例，我们可以得出惯性力与真实力的联系。再结合真实力的定义和判据，我们可以得出惯性力与真实力的区别。关键词惯性力；平面转动参考系；非惯性系；牛顿第三定律；科氏力；1、引言惯性是物理学中最基本的概念之一，也是学习物理学最早遇到的概念之一。这一极为普通和基本的概念曾经引起许多物理学家进行思考和剖析。由于牛顿运动定律只在一定的参考系中成立，因此在经典物理学课程中都对惯性系与非惯性系、牛顿力与惯性力加以区分，但在不同专业的经典物理教学中对这个问题的处理是不同的。在物理专业的力学基础中只介绍了惯性力的概念；而大多数普通物理的教学中却未引入惯性力的定义，只是在近几年的一些基础物理教材中才有惯性力的介绍，但几乎都未对惯性力的性质进行深入探讨。惯性力实际上并不存在，实际存在的只有原本将该物体加速的力，因此惯性力又称为假想力。它概念的提出是因为非惯性系中，牛顿运动定律并不适用。但是为了思维上的方便，可以假象在这个非惯性系中，除了相互作用所引起的力之外还受到一种由于非惯性系而引起的力——惯性力。如果物体相对于匀角速度转动的参考系而言，不是静止的，而是在做相对运动，那么在该转动参考系中的观测者看来，物体除了受到惯性离心力的作用外，还将受到另外一种附加的力——科里奥利力的作用。2、惯性力的定义在非惯性参考系中，如果我们认为除了物体间相互作用的力之外，还有一种非相互作用力，这种力是由于参考系本身相对于惯性参考系加速运动所引起的，这种力就是（-ma0），它的大小等于质点的质量m和牵连加速度a0的乘积，方向和a0的方向相反，这种力叫做惯性力。例如，设地面为静系系S，公车为动参考系S'，当公车相对地面静系S匀速运动的时候，公车里面的物体，如乘客，和公车组成的系统就是惯性系设平面参考系S'（如平板）以角速度ω绕最值于自身的轴转动，在这个参考系（平板）上取坐标系O-xy，它的原点和静止坐标系S原点O重合，并且绕着通过O点并垂直于平板的直线（即Z轴）以角速度ω转动。令单位矢量ij固着在平板上的x轴和y轴上，并以同一角速度ω和平板一同转动。Ω矢量既然在Z轴上，所以我们可以把它写为ω=ωk。如果P为在平板上运动着的一个质点，则P的位矢为r=xi+yj---（1）P点对静止坐标系S的加速度图4.1.1而上式中的和存在以下关系：其方向垂直于ω及所决定的平面，并且依右手螺旋法则定指向。在平面问题中，ω恒沿k方向，故为位于xy平面内的矢量，其指向可将随着的转动一直角即得。这个加速度叫做科里奥利加速度，简称科氏加速度。由参考文献[1]得公式（2）可化简为 由上式得由参考文献[2]得出对非惯性参考系来讲，只要加上适当的惯性力，牛顿运动定律在形式上就“仍然”成立。如果质量为m的质点所受到的合外力为F，则（5）式乘以m后，就得到即对于平面转动参考系而言，如果添上三种惯性力：、和，则牛顿运动定律对系就“仍然”可以成立。其中惯性力是歼击型飞机飞行员和宇宙飞行器飞行员在驾驶飞行器作大负荷机动飞行时，惯性力对他们有很大的威胁。当加速的方向为由脚到头的方向时，作用在血液微粒上的惯性力使血液下坠，不加防护可能会造成脑贫血；当加速的方向为由头至脚时，作用在血液微粒上的惯性力使血液上涌，可能会造成脑充血；这都会危及飞行员的生命安全。在研究飞机或火箭的结构受力时，是在机体坐标系或箭体坐标系中观察问题的，一般说它们是非惯性系，其加速度从几个g到几十个g，甚至更大。作用在机体或箭体上的惯性力是重力的几倍、几十倍甚至更大。在研究地球表面大气、水等的运动时，以地球作为非惯性参考系，地球转动时，地球上的所有物体或者质点都受到三种惯性力，其中的一种惯性力也叫科氏力。地球表面不同纬度的地区接受阳光照射的量不同，从而影响大气的流动，在地球表面延纬度方向形成了一系列气压带，如所谓“极地高气压带”、“副极地低气压带”、“副热带高气压带”等。在这些气压带压力差的驱动下，空气会沿着经度方向发生移动，而这种沿经度方向的移动可以看作质点在旋转体系中的直线运动，会受到科里奥利力的影响发生偏转。由科氏力的计算公式不难看出，在北半球大气流动会向右偏转，南半球大气流动会向左偏转，在科里奥利力、大气压差和地表摩擦力的共同作用下，原本正南北向的大气流动变成东北－西南或东南－西北向的大气流动。此外，河流两岸的差异，火车铁轨左右铁轨磨损程度不一样，也是科氏力造成的影响。真实力和惯性力的联系1、惯性力是一个假象力，但它在某些人类活动中却扮演者比真实力还要重要的角色。例如：搬运工人抛货物的过程，当货物离开工人的手时，惯性力让货物维持原有的运动状态继续运动。2、在加速度很大的物体上，惯性力变成一个不容忽视的力作用在物体身上。如：歼击型飞机飞行员和宇宙飞行器飞行员在驾驶飞行器作大负荷机动飞行时，惯性力对他们有很大的威胁。3、当惯性力以科氏力的形式存在时，它会让大气流发生偏转，河流两岸有差异，火车铁轨左右磨损程度不一样。7、真实力和惯性力的区别1、惯性力没有具体的施力者，而真实力是物体间的相互作用。2、惯性力与参照系的选择有关，而真实力与参照系的选择无关。从惯性力的表达式可以看出惯性力与物体的质量和非惯性系相对于惯性系运动的加速度有关，即在不同的非惯性系中同一物体所受的惯性力不同，但真实力与参照系是无关的，例如物体所受到的重力，两点电荷之间的库仑力这两个真实力，我们认为它们在惯性系和非惯性系中都是一样的。3、惯性力不属于四种基本相互作用（强相互作用、弱相互作用、引力相互作用、电磁相互作用），而真实力则是相互作用力。参考文献[1]理论力学教程（第三版）周衍柏高等教育出版社[2]经典力学教程王克协吴承埙编