有关惯性力的论述.doc

计算机科学与技术专业物理论文有关惯性力以及科里奥利力的论述【摘要】：惯性力是指当物体加速时，惯性会使物体有保持原有运动状态的倾向，若是以该物体为坐标原点，看起来就仿佛有一股方向相反的力作用在该物体上，因此称之为惯性力，而科里奥利力也不存在，是惯性的结果关键词】：惯性，惯性力，科里奥利力，惯性参考系，非惯性参考性引言】：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——科里奥利力的作用内容】：一、首先论述一下惯性力1、 举个例子，当我们乘坐汽车时，如果汽车急刹车，我们会不自主的向前倾，感觉仿佛有一个力把你向前推，但是这个力并不真正存在，人们把这个力认为是惯性力事实是：汽车刹车时轮胎与地面摩擦而使汽车减速，实际上并没有力推乘客，这只是惯性在不同坐标系统下的现象。

2、 假如这里脱离了任何天体的引力，飞船在靠惯性飞行那么飞船里的人和一切物体都处于“失重”状态，可以飘在空中，从手里松开的任何东西也不会往下落如果飞船又开动了火箭，以一定的加速度 向前飞行，那么飞船里的人又感到有了“重量”，原来在空中漂浮的东西又纷纷加速下落，这说的是物体受到惯性力加速下落的情形3、 惯性力的引入是牛顿力学的一大耻辱，它是为了弥补在非惯性参考系中物体的运动不满足牛顿运动定律而引入的假想力4、 设想有一静止的火车，车厢内一光滑桌子上放有一个小球，小球本来是静止的；现在火车开始加速启动，在地面上的人（显然他选用了一个惯性参考系——地面）看来，小球并没有运动，但是在火车上的人看来，小球沿着与火车运动方向相反的方向在运动，且加速度和火车的加速度大小相等，方向相反，对小球进行受力分析，小球只受到了重力和支持力的作用，且这两个力在竖直方向上是平衡的，根据牛顿运动定律，小球无论如何都是不会运动起来的，但是事实上车上的确实会看到小球在动这是牛顿力学的一个局限为了弥补这个缺陷，我们引入了“惯性力”这个概念，在处于非惯性系中的物体上人为地加上一个于该非惯性系数值相等，方向相反的加速度，因为这个“加速度”是由于惯性引起的，所以将引起这个“加速度”的力称为惯性力，这样就可以从形式上解释火车上的人观察到的现象。

这只是为了能在非惯性系里面运用牛顿运动定律研究问题，事实上惯性是物体本身的性质，而不是力 5、计算公式：当系统存在一加速度a时，则惯性力的大小遵从公式：F=-ma (m为物体质量) 6、惯性力在生活中的应用也是很广泛的：在研究地球表面大气、水等的运动时，经常应用的地转偏向力就是一种惯性力；在宇宙科学上研究星体运动时也有很大用途，如当小行星靠近木星时为什么会被撕裂（惯性力与引力的相互作用使小行星分裂），彗星靠近太阳时彗尾为什么会有偏角……二、论述一下科里奥利力如果你从靠近中心的一点出发，向靠近外缘的一点走去， 然后回头向靠近中心的一点走去，而且沿着阻力最小的路径前进，你就会发现，你走的路径大体上是一个圆形 法国物理学家科里奥利于1835年第一次详细地研究了这种现象，因此这种现象称为“科里奥利效应”有时也把它称为“科里奥利力”，但它并不真是一种力，它只不过是惯性的结果科里奥利力来自于物体运动所具有的惯性，在旋转体系中进行直线运动的质点，由于惯性，有沿著原有运动方向继续运动的趋势，但是由于体系本身是旋转的，在经历了一段时间的运动之后，体系中质点的位置会有所变化，而它原有的运动趋势的方向，如果以旋转体系的视角去观察，就会发生一定程度的偏离。

科里奥利效应在日常生活中最重大的意义，是同旋转着的地球有关地球表面赤道上的一个点，在24小时内划一个大圆圈，因此它是在快速地运动，如果我们从赤道出发，越向北（或向南）走，那么，地面的一个点在一天之内划出的圆圈就越小，它也运动得就越慢 从热带向北流动的一阵风或一般海流，起初随着地球的旋转，从西向东转动得非常快当它向北流动时，它保持着它的速度，而地表的运动速度却越来越小因此，风或海流就会超过地表，并且越来越向东沿着曲线前进最后，风或海流就在北半球顺时针方向划一个大圆圈，而在南半球则逆时针方向划一个大圆圈 正是这种造成曲线运动的科里奥利效应，在更加集中（因而更加有力）时，就会形成飓风，如果还要更加集中或更加有力，就会形成龙卷风 科里奥利效应（Coriolis force)，是地球自转偏向力，指的是由于地球沿着其倾斜的主轴自西向东旋转而产生的偏向力，使得在北半球所有移动的物体包括气团等向右偏斜，而南半球的所有移动物体向左偏斜的现象三、科里奥利力的特征① 与相对速度成正比，故只有当物体相对转动参考系运动时才能出现；② 与转动角速度的一次方成正比；③ 力的方向总是与相对速度垂直，不会改变相对速度的大小。

四、科里奥利力产生的影响1、在地球科学领域　　由于自转的存在，地球并非一个惯性系，而是一个转动参照系，因而地面上质点的运动会受到科里奥利力的影响地球科学领域中的地转偏向力就是科里奥利力在沿地球表面方向的一个分力地转偏向力有助于解释一些地理现象，如河道的一边往往比另一边冲刷得更厉害2、傅科摆　　摆动可以看作一种往复的直线运动，在地球上的摆动会受到地球自转的影响只要摆面方向与地球自转的角速度方向存在一定的夹角，摆面就会受到科里奥利力的影响，而产生一个与地球自转方向相反的扭矩，从而使得摆面发生转动1851年法国物理学家傅科预言了这种现象的存在，并且以实验证明了这种现象，他用一根长67米的钢丝绳和一枚27千克的金属球组成一个单摆，在摆垂下镶嵌了一个指针，将这个巨大的单摆悬挂在教堂穹顶之上，实验证实了在北半球摆面会缓缓向右旋转（傅科摆随地球自转）由于傅科首先提出并完成了这一实验，因而实验被命名为傅科摆实验，傅科以此第一次显示了地球的自转3、信风与季风　　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里奥利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　　随着季节的变化，地球表面延纬度方向的气压带会发生南北漂移，于是在一些地方的风向就会发生季节性的变化，即所谓季风当然，这也必须牵涉到海陆比热差异所导致气压的不同　　科里奥利力使得季风的方向发生一定偏移，产生东西向的移动因素，而历史上人类依靠风力推动的航海，很大程度上集中于延纬度方向，季风的存在为人类的航海创造了极大的便利，因而也被称为贸易风4、热带气旋　 热带气旋(北太平洋上出现的称为台风)的形成也受到科里奥利力的影响驱动热带气旋运动的原动力一个低气压中心与周围大气的压力差，周围大气中的空气在压力差的驱动下向低气压中心定向移动，这种移动受到科里奥利力的影响而发生偏转，从而形成旋转的气流，这种旋转在北半球沿着逆时针方向而在南半球沿着顺时针方向，由于旋转的作用，低气压中心得以长时间保持。

5、对分子光谱的影响科里奥利力会对分子的振动转动光谱产生影响分子的振动可以看作质点的直线运动，分子整体的转动会对振动产生影响，从而使得原本相互独立的振动和转动之间产生耦合，另外由于科里奥利力的存在，原本相互独立的振动模之间也会发生能量的沟通，这种能量的沟通会对分子的红外光谱和拉曼光谱行为产生影响五、科里奥利力的应用人们利用科里奥利力的原理设计了一些仪器进行测量和运动控制1、质量流量计　 质量流量计让被测量的流体通过一个转动或者振动中的测量管，流体在管道中的流动相当于直线运动，测量管的转动或振动会产生一个角速度，由于转动或振动是受到外加电磁场驱动的，有着固定的频率，因而流体在管道中受到的科里奥利力仅与其质量和运动速度有关，而质量和运动速度即流速的乘积就是需要测量的质量流量，因而通过测量流体在管道中受到的科里奥利力，便可以测量其质量流量　应用相同原理的还有粉体定量给料秤，在这里可以将粉体近似地看作流体处理2、陀螺仪旋转中的陀螺仪会对各种形式的直线运动产生反映，通过记录陀螺仪部件受到的科里奥利力可以进行运动的测量与控制六、解释：落体偏东y讨论在赤道平面内的自由落体.当不考虑科氏力时由于运动，科氏力为：即科氏力的方向在水平面内指向东方zomg由此得沿y方向的运动方程 将上式积分，并代入初始条件：t=0， 得再积分一次，并代入初始条件：t=0，y=0，得设h=80m，而 ， 得y=1.6cm如果不是在赤道，则纬度为 处，则落体偏东距离为： 【结论】物体受力在做加速运动的现象与物体处于静止或匀速直线运动状态受到惯性力的现象（或者说参照系受到力看到不受力的物体做加速运动的现象）是等效的。

没有接触任何物体时的物体加速度惯性力与力能互相抵消当非惯性系中，惯性力与力相互抵消时，非惯性系就是一个很好的惯性系例如引力场中的自由降落系而在生活中中有许多的科里奥利力的现象，事实上科里奥利力并非真正存在，科里奥利力来自于物体运动所具有的惯性，在旋转体系中进行直线运动的质点，由于惯性，有沿著原有运动方向继续运动的趋势，但是由于体系本身是旋转的，在经历了一段时间的运动之后，体系中质点的位置会有所变化，而它原有的运动趋势的方向，如果以旋转体系的视角去观察，就会发生一定程度的偏离，因此说科里奥利力只是惯性的结果参考文献】Ø 大学基础物理学 高等教育出版社 陆果 2003Ø 大学物理通用教程 北京大学出版社 钟锡华 陈熙谋Ø 5 页 共 6 页。