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牛頓第二定律是什么 適用范圍有哪些

2022-01-30 13:44:09文/李傲

牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律的常見(jiàn)表述是物體加速度的大小跟作用力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,且與物體質(zhì)量的倒數(shù)成正比;加速度的方向跟作用力的方向相同。

牛頓第二定律是什么 適用范圍有哪些

牛頓第二定律適用范圍

牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律只適用于質(zhì)點(diǎn)。對(duì)質(zhì)點(diǎn)系,用牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律時(shí)一般采用隔離法,或者采用質(zhì)點(diǎn)系牛頓第二定律。

牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律只適用于慣性參考系。慣性參考系是指牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參考系,在非慣性參考系中牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律不適用。但是,通過(guò)慣性力的引入。可以使牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律的表示形式在非慣性系中使用。

牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律只適用宏觀問(wèn)題。解決微觀問(wèn)題必須使用量子力學(xué)。當(dāng)考察物體的運(yùn)動(dòng)線度可以和該物體的德布羅意波相比擬時(shí),由于粒子運(yùn)動(dòng)不確定性關(guān)系式(即無(wú)法同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定粒子運(yùn)動(dòng)的方向與速度),物體的動(dòng)量和位置已經(jīng)是不能同時(shí)準(zhǔn)確獲知的量了,因而牛頓動(dòng)力學(xué)方程缺少準(zhǔn)確的初始條件無(wú)法求解。也就是說(shuō)經(jīng)典的描述方法由于粒子運(yùn)動(dòng)不確定性關(guān)系式已經(jīng)失效或者需要修改。量子力學(xué)用希爾伯特空間中的態(tài)矢概念代替位置和動(dòng)量(或速度)的概念(即波函數(shù))來(lái)描述物體的狀態(tài),用薛定諤方程代替牛頓動(dòng)力學(xué)方程(即含有力場(chǎng)具體形式的牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律)。用態(tài)矢代替位置和動(dòng)量的原因是由于測(cè)不準(zhǔn)原理我們無(wú)法同時(shí)知道位置和動(dòng)量的準(zhǔn)確信息,但是我們可以知道位置和動(dòng)量的概率分布,測(cè)不準(zhǔn)原理對(duì)測(cè)量精度的限制就在于兩者的概率分布上有一個(gè)確定的關(guān)系。

牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律只適用低速問(wèn)題。解決高速問(wèn)題必須使用相對(duì)論。由于牛頓動(dòng)力學(xué)方程不是洛倫茲協(xié)變的,因而不能和狹義相對(duì)論相容,因此當(dāng)物體做高速移動(dòng)時(shí)需要修改力、速度等力學(xué)變量的定義,使動(dòng)力學(xué)方程能夠滿足洛倫茲協(xié)變的要求,在物理預(yù)言上也會(huì)隨速度接近光速而與經(jīng)典力學(xué)有不同。

牛頓第二定律應(yīng)用領(lǐng)域

應(yīng)用牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律可以解決一部分動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。問(wèn)題主要有兩類:第一類問(wèn)題已知質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)狀態(tài),已知質(zhì)點(diǎn)的在任意時(shí)刻的位置即運(yùn)動(dòng)方程或速度表達(dá)式或加速度表達(dá)式,求作用在物體上的力,一般是將已知的運(yùn)動(dòng)方程對(duì)時(shí)間求二階導(dǎo)數(shù)或?qū)⑺俣确匠虒?duì)時(shí)間求一階導(dǎo)數(shù),求出加速度,再根據(jù)牛頓第二定理求出未知力;第二類問(wèn)題已知質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量及作用在質(zhì)點(diǎn)上的力,求質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),即求運(yùn)動(dòng)方程、速度表達(dá)式或加速度表達(dá)式,通常是由牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律列出方程,求出物體的加速度表達(dá)式,由加速度和初始條件,定積分求出速度表達(dá)式,由速度表達(dá)式和初始條件,定積分求出運(yùn)動(dòng)方程。解題方法主要有四種:臨界條件法、正交分解法、合成法、程序法。

運(yùn)用牛頓第二定律及同一直線矢量合成方法,根據(jù)理想“平行導(dǎo)軌模型”的物理特點(diǎn),基于電磁感應(yīng)規(guī)律,對(duì)電磁感應(yīng)中的電容負(fù)載平行導(dǎo)軌模型的各種情況進(jìn)行計(jì)算,可計(jì)算出各種情況下的金屬導(dǎo)桿運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式;結(jié)果與實(shí)踐吻合。

動(dòng)畫是讓畫面運(yùn)動(dòng)起來(lái)的影視藝術(shù),即運(yùn)動(dòng)的畫面。牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律在動(dòng)畫藝術(shù)中占有重要的位置,是動(dòng)畫中必不可少的研究對(duì)象。

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