pg下载通道 牛顿第二定律

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牛顿第二运动定律,也就是Newton's Second Law of Motion - Force and Acceleration,其常见的表述为,物体加速度大小,跟作用力成正比pg下载网站麻将胡了,跟物体质量成反比,并且与物体质量的倒数成正比,加速度的方向,跟作用力的方向相同。这个定律,是由艾萨克·牛顿,在1687年,于《自然哲学的数学原理》一书中提出的。牛顿第二运动定律,与第一定律、第三定律一起、共同构成了牛顿运动定律、它阐述了经典力学里、基本的运动规律 。

定律定义

牛顿在《自然哲学的数学原理》发表的原始表述:

对于具有动量的质点而言pg下载官方认证,在受到外力作用的情况下,它的动量随着时间的变化率情况是,与该质点所受到的外力呈现出成正比的关系,并且和外力的方向保持相同,用公式来进行表达的话就是: 。

常见表述:

物体加速度大小,跟合外力成正比,跟物体质量成反比(也就是与物体质量的倒数成正比),加速度方向,跟合外力方向相同,牛顿第二运动定律,能用比例式表示,即或,也能用等式表示,即∑F=kma,这里k是比例系数,只有当F用牛顿作单位、m用千克作单位、a用m/s²作单位时,∑F=ma才成立。

定律特点

牛顿第二运动定律有五个特点:

具备瞬时性,牛顿第二运动定律所呈现的乃是力的瞬时作用效果,加速度会与力同会产生,会和力一块变化,会跟力一同消失 。

矢量性:是一个矢量表达式,加速度和合力的方向始终保持一致。

物体受到几个外力的作用,在其中一个外力作用之下所产生的加速度,仅仅和这个外力存在关联,跟其他的力没有关系,各个力分别产生的加速度,其矢量和等同于合外力所产生的加速度,合加速度与合外力是有关系的。

因果的性质是这样的,力乃是致使加速度得以产生的缘由所在,加速度则是力发挥作用之后所呈现出的一种效果,所以力就是能够改变物体运动状态的原因。

质量具有等值不等质性,质量不是力,它是反映物体状态变化情况的某种量,质量仅仅是度量物体质量大小的一种方法,质量m与重力或其他某些因素无关。

实验验证

牛顿第二运动定律的实验,是物理里一个特别基础、必不可少的验证性实验,此实验关联到检验一个物理定律或者规律的基本途径以及方法,所以针对这个实验的精度,常常会有特殊的要求。

牛顿第二运动定律的验证实验,是去测量,在不一样的作用之下,运动系统的加速度,还要检验,二者之间是不是符合上述的那种关系。

凭借现代的实验教学设施,对原来的实验手段予以改进,进行补充,如此愈能彰显出物理学的科学素养,呈现科学态度。

牛顿第二运动定律主要的实验验证方法

实验验证方法

用打点计时器法验证:

探寻系统加速度与系统质量以及拉力之间的关系之际,把打点计时器安置在木板的一端,将砝码与小车系于细线的两端,细线穿过滑轮,把砝码的重量当作拉力,使拖着纸带的小车在平坦的平面上运行,于是小车及其上面的砝码、线的另一端所栓着的钩码共同构成一个运动系统。

每次实验均须在纸带上注明拉力和系统的质量。

通常会采取两种方法来抵消摩擦力,一种是倾斜滑动法,另一种是水平拉线法。

在气垫导轨上验证:

当把气垫导轨调平之后,因为导轨全都存在一定程度的弯曲,并且滑块与导轨之间存在阻力,所以在实验里面调平一般是用滑块通过两个光电门的时候速度相等来进行衡量的,在这种状态下,测出粘性阻尼常数b。

由粘滞性摩擦阻力的存在致使速度出现损失,所以要展开工作来修好它,这就一定得去解决测定粘滞性阻尼常数的问题。其测定方法按照主要的来说拥有下面这两类:一种是倾斜导轨法,还有一种是振动法 。

用非线性回归法验证:

在气垫导轨这个载体上去验证定律的时候,影响测量的主要因素是空气产生的阻力,借助修正的方式能够把这种影响降低到可以轻易忽略不计的程度。然而常用的叫做一元线性回归的那个方法,并不能充分说明整个回归方程究竟是好还是不好;采用另外一种叫做二元线性回归的方法同样也存在着一定的问题。

验证定律采用非线性回归法,首先要对质点运动的动力学模型做线性化处理,由此得到模型的参数线性估计值,再将其当作非线性模型的初值,对动力学模型展开非金属回归分析。非线性回归法证实了定律的正确,改良了验证定律老旧的实验方法,具备一定的应用以及推广价值。

除此之外,有基于LabVIEW的教学平台,用于验证牛顿第二运动定律,还有基于无线模块和Visual Basic的仿真演示实验设计,同样用于验证牛顿第二运动定律,另外还有基于光电传感器的实验装置,亦是用于验证牛顿第二运动定律,。

适用范围

只是适用于质点的是牛顿第二运动定律,对于质点系而言,在运用牛顿第二运动定律的时候,通常采用的是隔离法,或者采用质点系牛顿第二定律 。

存在这样一种情况,牛顿第二运动定律能够适用的范围仅仅局限于惯性参考系,惯性参考系所指的是那种牛顿运动定律能够有效成立的参考系,在并非惯性参考系的情况下,牛顿第二运动定律是不适用的,然而,借助惯性力的加入,能够让牛顿第二运动定律的呈现形式在没有惯性的参考系里得以运用。

当考察物体运动线度能和该物体德布罗意波相比拟之际,因粒子运动不确定性关系式,即无法同时精准测定粒子运动方向与速度,此时物体动量和位置已然是不能同时精确获知的量,所以牛顿动力学方程缺少准确初始条件无法求解,这意味着经典描述方法因粒子运动不确定性关系式已然失效或者需作修改,牛顿第二运动定律仅适用于宏观问题,解决微观问题必定要运用量子力学。量子力学描述物体状态时,用希尔伯特空间中的态矢概念取代位置和动量(或者速度)的概念,也就是波函数,还用薛定谔方程替代牛顿动力学方程,即含有力场具体形式的牛顿第二运动定律。之所以用态矢代替位置和动量pg下载,是因为依据测不准原理,我们没办法同时知晓位置和动量的确切信息,然而我们能够知道位置和动量的概率分布,而测不准原理对测量精度的限制就在于两者的概率分布存在一个确定的关系。

牛顿第二运动定律仅仅适用于低速方面的问题,解决高速问题得运用相对论。牛顿动力学方程并非洛伦兹协变的,所以没办法和狭义相对论相融,故而当物体进行高速移动时,要修正力、速度等力学变量的定义,以此让动力学方程能够契合洛伦兹协变的要求,并且在物理预言上也会随着速度逼近光速而与经典力学存在差异。

发展简史

1662年,伽利略·伽利雷表明任何速度运动着的物体,只要去除加速或减速的外部因素,该速度就能维持不变,勒内·笛卡尔也觉得在没有外加作用时,粒子要么匀速运动,要么静止。

艾萨克·牛顿把这一假定当成牛顿第一运动定律,他将伽利略的思想朝着作用力存在的场合进一步去推广,进而提出了牛顿第二运动定律。

1684年8月起,因埃德蒙多·哈雷的劝说,牛顿开始着手写作《自然哲学的数学原理》,对其手稿进行系统整理,还重新思考部分问题,1685年11月,形成了两卷专著,1687年7月5日,《原理》用拉丁文出版,《原理》绪论部分的运动的公理或定律一节里提出了牛顿第二运动定律。

应用领域

应用牛顿第二运动定律可以解决一部分动力学问题。有两类主要问题,第一类问题是,已知质点的质量以及运动状态,这意味着已知质点在任意时刻的位置,也就是运动方程,或者速度表达式,又或者加速度表达式,要求作用于物体上的力,一般做法是,把已知的运动方程对时间求二阶导数,或者将速度方程对时间求一阶导数,进而求出加速度,然后依据牛顿第二定理求出未知力,第二个主要问题是,已知质点的质量以及作用在质点上的力,要求质点的运动状态,也就是求运动方程、速度表达式或者加速度表达式,通常是依据牛顿第二运动定律列出方程,求出物体的加速度表达式,再由加速度以及初始条件,通过定积分求出速度表达式,最后由速度表达式和初始条件,通过定积分求出运动方程。主要存在四种解题方法,分别是临界条件法,正交分解法,而合成法,还有程序法。

牛顿第二定律被运用,同一直线矢量合成方法被采用,理想“平行导轨模型”的物理特点依据此,电磁感应规律基于此,电容负载平行导轨模型在电磁感应里的各种状况被计算,各种状况下金属导杆运动的数学表达式能够被算出,结果跟实践相吻合 。

影视艺术里动画具有这样的特性,就是能让画面呈现出运动状态,也就是处于运动之中的画面。牛顿第二运动定律在动画这门艺术领域里占据着关键突出显眼显赫超重要的作用,在动画范畴内是绝对不能缺少的需要深入研究探讨剖析的对象。

定律影响

在牛顿第二运动定律的基础之上,对国际单位里力的单位牛顿(符号为N)进行了定义,具体是这样的,让质量相当于1kg的物体产生1m/s²加速度的那种力,就被称作是1N,也就是说,1N等于1kg·m/s² 。

牛顿第二运动定律,定量说明了物体运动状态的变化,与对它作用的力之间的关系,它和牛顿第一运动定律、牛顿第三运动定律,共同组成了牛顿运动定律,这是力学中重要的定律,是研究经典力学的基础,阐述了经典力学中基本的运动规律。

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