標籤:運動定律牛頓

牛頓第一、第二定律(見牛頓運動定律)在其中有效的參照系,簡稱慣性系。如果s為一慣性參照系,則任何對於s作等速直線運動的參照系都是慣性參照系;而對於s作加速運動的參照系則是非慣性參照系。所有的慣性參照系都是等效的。 慣性參照系即慣性系

1定義

對一切運動的描述,都是相對於某個參考系的。參考系選取的不同,對運動的描述,或者說運動方程的形式,也隨之不同。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,這樣的參考系其時間是均勻流逝的,空間是均勻和各向同性的;在這樣的參考系內,描述運動的方程有著最簡單的形式。這樣的參考系就是慣性參照系,也稱為慣性參考系或慣性系。
朗道《場論》(主要是相對論電動力學)給出的定義 :牛頓第一定律成立的參照系叫做慣性系 。(原文沒有用牛頓第一定律的字眼,而是直接說在這樣的參照系中,一個不受相互作用的粒子將保持靜止或勻速直線運動)。這個定義在牛頓力學和狹義相對論中均適用。
這樣,我們可知:
①牛頓第一定律定義了慣性系。
②牛頓力學在慣性系中成立。(在相對論中,第二條只要修正為麥克斯韋方程組和相對論力學在其中成立即可)
這樣就不存在邏輯循環的問題,同時也可以說明,牛頓第一定律不是牛頓第二定律在F=0時的特殊情況。
在空間內,相對於任何參考點(靜止中或移動中),一個運動中的粒子的位移、速度、和加速度都可以測量計算而求得。雖然如此,經典力學假定有一組特別的參考系。在這組特別的參考系內,大自然的力學定律呈現出比較簡易的形式。我們稱這些特別的參考係為慣性參考系。慣性參考系有個特性:兩個慣性參考系之間的相對速度必是常數;相對於一個慣性參考系,任何非慣性參考系必定呈加速度運動。所以,一個凈外力是零的點粒子在任何慣性參考系內測量出的速度必定是常數;只有在凈外力非零的狀況下,才會有點粒子加速度運動。問題是,因為萬有引力的存在,並無任何方法能夠保證找到凈外力為零的慣性參考系。實際而言,相對於遙遠星體呈現常速度運動的參考系應是優良的選擇。
慣性系是不存在引力作用,不存在自身加速度的「自由」參考系。在經典力學中,這是一種理想參考系:由於宇宙空間中無處不存在引力,實際的慣性系是不存在的。在廣義相對論中,由於引力作用和加速度是完全等效的,對於一個在引力場中作自由落體運動的參考系,引力作用和自身加速度的作用抵消。這樣的參考系,是一個真實的「自由」參考系。由於引力場在空間中的分佈是不均勻的,慣性系只可能是局域的,也被稱為局域慣性參考系。宇宙中不存在全局慣性參考系。

2判定

一個參考系是不是慣性系,只能由試驗確定。最基本的判據就是牛頓運動定律成立與否。根據伽利略相對性原理,和一個慣性系保持相對靜止或相對勻速直線運動狀態的參考系也是慣性系。在實踐中,人們總是根據實際需要選取近似的慣性參考系。比如,在研究地面上物體小範圍內的運動時,地球是一個很好的慣性系。在研究太陽系中天體的運動時,太陽是一個很好的慣性系。

3其他概念

非慣性系
也稱非慣性參考系,是相對地面慣性系做加速運動的物體。
平動加速系
相對於慣性系作變速直線運動,但是本身沒有轉動的物體。例如,在平直軌道上加速運動的火車。
轉動參考系
相對慣性系轉動的物體。例如,在水平面勻速轉動的轉盤。

相關評論

同義詞:暫無同義詞