牛顿第二定律适用于非惯性系。
牛顿第二定律的基本表述是:物体加速度的大小与合外力成正比,与物体质量成反比,加速度的方向与合外力方向相同。该定律适用于惯性参考系。然而,在非惯性参考系中,如旋转参考系,重力的效应并不等于惯性力,所以牛顿第二定律并不适用。
牛顿第二定律在非惯性参考系中的表现形式为:物体加速度的大小与物体所受的合外力和惯性力的合力成正比,与物体质量成反比,加速度的方向与合外力的方向相同。其中惯性力是物体惯性产生的虚拟力。
在非惯性参考系中,需要引入惯性力的概念来解释牛顿第二定律。因此,牛顿第二定律适用于非惯性系。
牛顿第二定律适用于非惯性系。例如,在火车车厢中向上抛出一个物体,忽略空气阻力的情况下,物体受到向下的重力作用,但由于火车的运动,物体具有相对于火车向前的惯性,因此会受到一个向后的惯性力(也称为科里奥利力)的作用。此时,牛顿第二定律仍然适用,物体所受的重力与它所受到的惯性力(或科里奥利力)的合力产生了物体的加速度。
需要注意的是,非惯性系中物体的运动方程与惯性系中的运动方程形式相同,但需要加上惯性力(或科里奥利力)的项。因此,在非惯性系中应用牛顿第二定律时,需要考虑到惯性力的影响。
例题:
问题:一质量为 m 的小车放在光滑的水平面上,小车上有 n 个质量均为 m 的小球,现用一恒定的水平力 F 拉小车使其做匀加速直线运动,求小车和小球之间的相互作用力。
分析:
1. 将小车和小球作为研究对象。
2. 在非惯性系中考虑小球的惯性力。
3. 根据牛顿第二定律求出小车和小球之间的相互作用力。
在非惯性系中应用牛顿第二定律的例子还有很多,如汽车启动、刹车等过程中的物体,火箭发射等高速运动的物体等。这些例子中都需要考虑到惯性力的影响,才能正确求解物体的运动状态和受力情况。