(A) 图(a)中在水平面上重物的加速度与图(b)中在水平面上重物的加速度相等;
(B) 图(a)中在水平面上重物的加速度大于图(b)中在水平面上重物的加速度相等;
(C) 图(a)中在水平面上重物所受的拉力与图(b)中在水平面上重物所受的拉力相等;
(D) 图(a)中在水平面上重物所受的拉力小于图(b)中在水平面上重物所受的拉力。
45.某人在地面上用枪瞄准在空中离地面高度为H的物体,物体与人的水平距离为L。在子弹射出的同时,物体开始自由下落。若不计空气阻力,以下四种说法中,哪些是正确的?CD
H v0 ? L
(A) 子弹在任意大小的初速度v0下,都一定不能在物体落地之前被射中; (B) 子弹在任意大小的初速度v0下,都一定能在物体落地之前被射中; (C) 当v0x
A B 60? 60?
C
P (A) 在该瞬时有TAC=P; (B) 在该瞬时仍有TAC>P; (C) 在该瞬时有TAC
三、简答题
4.1为什么在以角速度
转动的参照系中,一个矢量的绝对变化率应当写作
?又在什
?在什么情况下
么情况下.答:矢量变矢量
?
?在什么情况下
的绝对变化率即为相对于静止参考系的变化率。从静止参考系观察
相对与静止系转动的同时
本身又相对于动系运。其中
是
随动系转动引起
是
相对
随转动系以角速度
动,所以矢量的绝对变化率应当写作
于转动参考系的变化率即相对变化率;牵连变化率。若运动,
的变化率即
相对于参考系不变化,则有;若
,此时牵连运动就是绝对
此时,此
即动系作动平动或瞬时平动,则有
;另外,当某瞬时
,则
相对运动即为绝对运动 时瞬时转轴与平动且
平行,此时动系的转动不引起
;若
的改变。当动系作平动或瞬时随动系转动引起的变化
。
相对动系瞬时静止时,则有
与相对动系运动的变化等值反向时,也有
4.2式(4.1.2)和式(4.2.3)都是求单位矢量、、对时间的微商,它们有何区别?你能否由式(4.2.3)推出式(4.1.2)? 答:式(4.1.2)表示由于动系转动引起有
;又
是平面转动参考系的单位矢对时间的微商,
方向的变化率。由于动坐标系中的轴静止不动。故
和
。
恒沿轴方位不变,故不用矢积形式完全可以表示
,
式(4.2.3)是空间转动坐标系的单位矢对时方向的变化率,因动系各轴都转动
间的微商,表示由于动系转动引起
;又
用矢积表示
在空间的方位随时间改变际不同时刻有不同的瞬时转轴,故必须
。(4.1.2)是(4.2.3)的特例,当
,
,
代入(4.2.3)
即为(4.1.2)式。不能由式(4.1.2)推
出(4.2.3)。
4.3在卫星式宇宙飞船中,宇航员发现自己身轻如燕,这是什么缘故? 答:人随卫星式飞船绕地球转动过程中受到惯性离心力作用,此力与地心引力方向相反,使人处于失重状态,故感到身轻如燕。 4.4惯性离心力和离心力有哪些不同的地方?
答:惯性离心力是随转动坐标系一起转动的物体受到惯性离心力,它作用于随动系一起转动的物体上,它不是物体间的相互作用产生的,也不是产生反作用力,是物体的惯性在非惯性系的反映;离心力是牛顿力,是作用于给曲线运动提供向心力的周围物体上的力,或者说离心力是作用于转动坐标系上的力,它是向心力的反作用力。 4.5圆盘以匀角速度
绕竖直轴转动。离盘心为的地方安装着一根竖直管,
管中有一物体沿管下落,问此物体受到哪些惯性力的作用? 答:如题4.5所示,
由于物体相对于圆盘的速度矢量
,故牵连切向惯心力
,故科里奥利力;又
;所以物体只受到牵连法向,方向垂直于转轴向外。
惯性力即惯性离心力的作用,如图示
4.6对于单线铁路来讲,两条铁轨磨损的程度有无不同?为什么?
.答;单线铁路上,南来北往的列车都要通过,以北半球为例,火车受到的科氏惯性力总是指向运动方向的右侧(南半球相反),从北向南来的列车使西侧铁轨稍有磨损,故两条铁轨的磨损程度并不相同。
4.7自赤道沿水平方向朝北或朝南射出的炮弹,落地是否发生东西偏差?如以仰角
朝北射出,或垂直向上射出,则又如何?
引起的,当炮弹自赤道水平方
答:抛体的落地偏差是由于科里奥利力向朝北或朝正南射出时,出刻改变方向使得
与
不平行
,科里奥利力为零,但炮弹运行受重力作用
,朝北和朝南射出的炮弹都有向东的
落地偏差。若以仰角或垂直向上射出,炮弹上升和降落过程中科氏惯性力方
向相反,大小相等,且上升时间等于下降时间,故落地无偏差。
4.8在南半球,傅科摆的振动面,沿什么方向旋转?如把它安装在赤道上某处,它旋转的周期是多大?
答:单摆震动面的旋转是摆锤 受到科里奥利力锤的质量,
是地球绕地轴的自转角速度,
的缘故,其中
是摆
是摆锤的速度。南半球上摆锤受
到的科氏力总是指向起摆动方向的左侧,如题4.8图是南半球上单摆的示意图,若没有科氏惯性力,单摆将沿向
摆动逐渐向左侧移动到达
摆动,事实上由于科里奥利力的作用单摆从点,从
点向回摆动过程中逐渐 左偏到达
点,
以此推论,摆动平面将沿逆时针方向偏转。科里奥利力很小,每一次摆动,平面的偏转甚微,必须积累很多次摆动,才显出可觉察的偏转。 (图中是为了便于说明而过分夸张的示意图)。由
,在赤道上纬度
,即在赤道上摆动平面不偏转。这里不难理解的,若摆动平面沿南
北方向,道平面与
,科氏惯性力为零;若单摆平面沿东西方位,则科氏力一定在赤单摆的摆动平面共面,故不会引起摆动平面的偏转。
4.9.答:在上一章刚体运动学中,动系固连于刚体一起转动,但刚体上任一点相对于动坐标系没有相对运动,即各点的相对速度
,故科里奥利加速度
。事实上,科氏加速度是牵连转动与相对运动相互影响而产生的,
没有相对运动,就谈不到科里奥利加速度的存在。
4.9在上一章刚体运动学中,我们也常采用动坐标系,但为什么不出现科里奥利加速度?
答:在上一章刚体运动学中,动系固连于刚体一起转动,但刚体上任一点相对于动坐标系没有相对运动,即各点的相对速度
,故科里奥利加速度
。事实上,科氏加速度是牵连转动与相对运动相互影响而产生的,
没有相对运动,就谈不到科里奥利加速度的存在。
19.计算题
4.1一等腰直角三角形OAB在其自身平面内以匀角速?绕顶点O转动。某一点P以匀相对速度沿AB边运动,当三角形转了一周时,P点走过了AB。如已知
_____AB?b,试求P点在A时的绝对速度与绝对加速度。
Ap?
oB?第4.1题图 4.2一直线以匀角速?在一固定平面内绕其一端O转动。当直线为于Ox的位
置时,有一质点P开始从O点沿该直线运动。如欲使此点的绝对速度v的量值为常数,问此点应按何种规律沿此直线运动?
p?o?第4.2题图
x 4.3在一光滑水平直管中有一质量为m的小球。此管以匀角速?绕通过其一端的竖直轴转动。如开始时,球距转动轴的距离为a,球相对于管的速度为零,而管的总长则为2a。求球刚要离开管口时的相对速度与绝对速度,并求小球从开始运动到离开管口所需的时间。