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關于諾貝爾的物理故事

圖文 更新时间:2024-08-21 12:25:27
一、簡介

達朗貝爾原理,是法國物理學家與數學家達朗貝爾發現的。由J.le R.達朗貝爾于1743年提出而得名,達朗貝爾原理闡明,在一個系統内,如果,所有約束力因為虛位移而做的虛功,總合是零,則這系統内的每一個粒子,所受到的外力與慣性力的矢量合,與虛位移的點積,總合起來是零。

關于諾貝爾的物理故事(法國物理學家數學家達朗貝爾發現的)1

二、原理内容

達朗貝爾原理因其發現者法國物理學家與數學家J·達朗貝爾而命名。達朗貝爾原理闡明,對于任意物理系統,所有慣性力或施加的外力,經過符合約束條件的虛位移,所作的虛功的總和等于零。

或者說,作用于一個物體的外力與動力的反作用之和等于零。

受約束的非自由質點受有主動力F及約束力FN,如果再加上虛構的慣性力FI=-ma,則下式成立:

F FN FI=0 (1)

即在質點運動的任一時刻,主動力、約束力與慣性力構成平衡力系。上式為質點的達朗貝爾原理。對質點系,如果在每個質點上都加上虛構的慣性力FIi=-miai,則質系中每個質點均處于平衡,即:Fi FNi FIi=0(i=1,2,…,n) (2)

達朗貝爾最初提出的原理與式(1)不同。把主動力F分為兩部分:F使質點産生加速度,F=ma,稱為有效力;F=F-F克服約束力。

對改變質點的運動狀态不起作用,稱為損失力。損失力與約束力平衡:

F FN=0

這就是達朗貝爾原理,它與質點靜止時的平衡方程F FN=0形式上一緻。如果将前面F、F的表達式代入達朗貝爾原理,就得到:

F FN (-ma)=0

與式(1)相同,它們均與牛頓第二運動定律等價。

三、原理的意義

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達朗貝爾原理是研究有約束的質點系動力

學問題的原理。對于質點系内任一個質點,此原理的表達式為:

F FN (-ma)=0

從形式上看 , 上式與從牛頓運動方程F FN=ma中把ma移項所得結果相同。于是把-ma看作慣性力而把達朗貝爾原理表述為:在質點受力運動的任何時刻,作用于質點的主動力、約束力和慣性力互相平衡。

從數學上看,達朗貝爾原理隻是牛頓第二運動定律的移項,但原理中卻含有深刻的意義。這就

達朗貝爾原理簡化公式是通過加慣性力的辦法将動力學問題轉化為靜力學問題。亦即所有動力學中的定理通過引入慣性力的概念轉化成靜力學中的平衡關系,而且求解過程中可充分使用靜力學的各種解題技巧。一些動力學現象亦可從靜力學的觀點作出簡潔的解釋。這就形成了求解動力學的靜力學方法,簡稱動靜法。這種方法在工程技術中獲得了廣泛的應用。此外,在分析力學中,将被稱為靜力學普遍方程的虛功原理與達朗貝爾原理相結合,就得到動力學普遍方程,它是處理非自由質點系的最基本方程,是分析動力學的基礎。

把-miai看成慣性力并把式(1)看成平衡(實際不平衡)的觀點所引入的動靜法和機械學中的動平衡,對力學的發展則發生積極的影響。事實上,在跟着質點運動的非慣性坐标系的觀察者認為,慣性力是存在的,而且可以測量。例如在垂直方向加速上升的火箭中的宇航員,他對座位壓力大于重力。

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愛因斯坦創立的廣義相對論認為慣性力完全與萬有引力等價;愛因斯坦用升降機說明兩者是不能區分的。因此,從廣義相對論的角度看,慣性力是真實的力。

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