大家知道慣性系,你了解非慣性系嗎?

2020-12-22 晨風愛桌球

我們的物理課本中,在學習牛頓經典力學的時候,經常存在這樣一種形式,只有在宏觀,低速的慣性系中,我們的牛頓運動定律才成立。一般課本中都體現了慣性系的「優越性」,如果不是物理專業,我們的非慣性系都是不做考慮的。因為如果引入非慣性系就要考慮更多的東西(其實有些定律或者定理在非慣性系下也成立的);相當於把內容簡化了。

下面我們就用牛頓運動定律來揭開慣性系與非慣性系的區別:

如牛頓第一定律:孤立質點保持靜止或做勻速直線運動;

以上微分方程顯示物體加速度為0,也就是物體所受合外力為0的情形下(這樣的性質也稱為慣性定律或惰性定律)。

牛頓第二定律:動量為P的質點,在外力F的作用下,其動量隨時間的變化率同該質點所受的外力成正比,並與外力的方向相同;用公式表達為:

進行微分求解得:

一般低速條件下我們認定dM/dT為0,也就是運動過程中質量是不變的(這也決定了牛頓經典力學在量子領域高速不適用的問題)。簡化得:

至於第三定律我們不講了,第三定律其實在非慣性系中也成立。

我們看到我們的第一第二定律的式子中都存在一個矢量v,也就是我們的速度。我們的速度是怎麼定義的:

它表示物體運動快慢的物理量。

在表示物體速度大小的時候,我們都存在選一個參考系來作考證。這個參考系可以是慣性系,也可以是非慣性系。那麼這個就不得不先來說一下這兩個的區別了。

簡單點說,一般相對一個慣性系靜止或作勻速直線運動的就屬於慣性系,反之,不是這兩種情況的就屬於非慣性系。是不是有點拗口,打個比方:比如把地面看作慣性系(實際上地面並不是精確的慣性系),相對地面靜止的、和做勻速直線運動的都可以稱之為慣性系;其他的比如相對於地面做曲線運動、加速運動、減速運動等物體加速度a不為0的都算是非慣性系。所以這下大家都應該明白了吧!這樣一來物理物體的運動和靜止以及運動形式都相對參考系而言的。

如果將「動力學」轉化為「靜力學」,非慣性系中除了外力還要引入牽連慣性力與科氏慣性力,這兩個力不服從常規力的定義。

最後和大家開個玩笑,既然光速不變原理適用於任何參考系。如果以光子為參照物,我們實物就是以光速運動了,為什麼不存在愛因斯坦相對論中類似「尺短鍾慢」等時空現象,歡迎大家留言討論!

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    在初中物理中,把「慣性系」定義為受力平衡的參考系。其實真相沒這麼簡單,「慣性系」另有隱情。如果慣性系受力平衡(包括不受力),在遙遠的地方突然出現一個大質量的天體,我們身邊的「慣性系」會因為萬有引力變成「非慣性系」。
  • 從狹義相對論到廣義相對論,非慣性系中的時間膨脹效應
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    從這個表述我們可以看到,慣性定律定義了一個參照系,即不受任何外力、保持靜止或勻速直線運動的參照系,這個參照系被定義為慣性參照系,簡稱慣性系。也就是說,在馬赫看來,慣性力是一種真實的力也就是引力。我們認真體會馬赫的思想會發現,任何有質量的物體都與全宇宙的形體存在著相互作用。任何一個物體的移動,全宇宙的星體的位置都會發生改變,因為物體間存在瞬間的非局部引力相互作用。
  • 廣義相對論的理論源頭:慣性系的不同理解,重溫基本物理概念
    一直以來,喜歡物理的老郭跟各位小夥伴們一樣,也是經歷了從中學到大學的學習,也自行看過很多的物理方面的書籍和論文,但是關於慣性系這個最基本的物理概念,卻是說法很多,並沒有嚴格的統一。這裡,我就嘗試著,就慣性系這個話題跟大家進行一下探討。同時也是為了回應我上一篇關於慣性的文章中,一個網友在評論區中的要求,希望能談一下這個問題。我也希望那位留言網友能夠看到這篇文章。
  • 關於慣性系和牛頓運動定律的成立條件
    首先看一下這個問題的提出背景,人教版實驗教科書必修1(2010年第3版)中,講完牛頓第一定律後,課後有個欄目科學漫步:慣性參考系。教材中這樣表述:在有些參考系中,不受力的物體會保持靜止或勻速直線運動的狀態,這樣的參考系叫做慣性參考系,簡稱慣性系。以加速運動的火車為參考系,牛頓第一定律並不成立,這樣的參考系叫做非慣性系。
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  • 關於慣性系和牛頓運動定律的成立條件
    教材中這樣表述:在有些參考系中,不受力的物體會保持靜止或勻速直線運動的狀態,這樣的參考系叫做慣性參考系,簡稱慣性系。以加速運動的火車為參考系,牛頓第一定律並不成立,這樣的參考系叫做非慣性系。首先課本對於慣性系的定義過於抽象,又沒有把相應的概念展開,該同學才會提出相應的問題。
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    慣性系,顧名思義,就是符合慣性定律的參考系,即物體在其中的維持其慣性狀態——靜止或勻速直線運動。非慣性系,顯然就是不合符慣性定律的參考系,即相對於慣性系,有加速度的參考系。那身處在一個參考系的內部,如何知道這個參考系有沒有加速度呢?換句話說,就是如何知道所在的參考系,是慣性系還是非慣性系呢?
  • 備考2019:慣性及慣性定律的區別
    慣性   ①定義:物體保持運動狀態不變的性質叫慣性。   ②說明:慣性是物體的一種屬性。一切物體在任何情況下都有慣性,慣性大小隻與物體的質量有關,與物體是否受力、受力大小、是否運動、運動速度等皆無關。
  • 關於慣性的幾點思考
    在此慣性定義中,凸顯引力場的作用,不關乎參考系。也就是說慣性系和非慣性系都是符合的。都有保持當下的運動狀態的性質。但慣性定律需要考慮參考系。慣性定律只適用於慣性參考系。這樣我們就可以脫離的經典力學的「循環論證」問題。不需要去尋找理想中的勻速直線運動和靜止狀態。
  • 愛因斯坦沒有解釋出慣性的本質,但他深化了我們對慣性的認識!
    旨在幫助大家了解物理宇宙科普知識。愛因斯坦沒有解釋出慣性的本質,但他深化了我們對慣性的認識!艾薩克·牛頓在巨著《自然哲學的數學原理》裡定義慣性為:慣性是物質固有的力,是一種抵抗的現象,它存在於每一物體當中,大小與該物體相當,並儘量使其保持現有的狀態,不論是靜止狀態,或是勻速直線運動狀態。
  • 物體是因為有質量所以有慣性,還是因為有慣性所以有質量?
    馬赫對慣性的看法――馬赫原理十九世紀奧地利物理學家恩斯特·馬赫對牛頓的「慣性」的概念並不滿意,對此提出批判,他認為慣性不是物體自身的固有屬性,而是宇宙中其他物質作用的結果,在非慣性系中物體所受的「慣性力」不是虛擬的(在慣性系中是感不到慣性力的),而是一種引力表現,是宇宙中其他物質對它的總作用。
  • 人類對慣性的認識和研究過程,每一個人都應該了解
    這裡還要引出慣性系的概念。慣性系的定義為:牛頓第一定律成立的參考係為慣性系。那麼循環論證嫌疑原因如下:在第一運動定律中,物體不受力與物體作慣性運動(相對於慣性系作勻速直線運動)互為因果。於是問題產生了:怎樣知道物體是否受力作用呢?看該物體相對於慣性系是否作勻速直線運動;又怎樣判斷運動狀態的參考系是不是慣性系?
  • 2018初中物理知識點:慣性和慣性定律
    下面是《2018初中物理知識點:慣性和慣性定律》,僅供參考!   慣性和慣性定律:     1、伽利略斜面實驗:     ⑴三次實驗小車都從斜面頂端滑下的目的是: 。     ⑵實驗得出得結論:在同樣條件下,平面越光滑,小車前進地越遠。
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    一般國內市場上的房車,除了國產房車,我們經常也能看到歐系和美系的進口房車。對於有意向購買歐系或是美系房車的車友們,你們知道它們之間的差別嗎?今天配配車小編就帶大家了解歐系與美系房車的不同點:主體材質:歐洲的房車主要由玻璃鋼製成,而美國的房車則既有玻璃鋼也有鋁板材質的車身體。身體尺寸:我們最常見的歐洲房車的大小通常在5米到9米之間,很少超過10米。