Ⅰ 如何選定參考系如何量化地研究物體運動
所謂參考系,就是參照物的意思,以分析地球的運動為例,如果人們不以太陽,月亮或星星為參照物的話,人們無論如何也感覺不到或分析不到地明好球是在轉動的,於是地球運動的本質就被表像所隱藏,當人們選定了地球外的其它星球為參照物以後,就可揭開表像看到地球本質的運動了。同樣在認識生命世界時,想要認識其本質也應選准參照物才行,否則無論生命科學如何進步也都是枉費心機。更不用說什麼實驗。想當初人工合成胰島素時,就有人預言生命之謎將會隨之解開,結果是令人失望的。號稱人類生命登月的「基因組計劃」在測序工作結束後,約有一半基因的功能還不知所以,科學家這才知道要了解基因的功能,徹底的解決這一難題,只有比對個體基因與人類基因的差異就顯得相當突出與重要。只有選取參照體進行激改鉛相互參照分析,才可得出生命本質真正的解釋。其實這就是比對參照系的意思,人類真正認識只有利用伽利略相對性殲帶原理求出其隱藏在生命內部本質性的東西,該理論才是絕對的終極理論,它不僅吸取了瞎子摸象的教訓,而且還吸取了分析運動要有參照系的優點,可以說這才是最完整、最科學的思維方法。
參考系是參照物與坐標系的總稱。質點的機械運動表現為質點的位置隨時間變化。質點的位置是相對於一定的參考系說的,參考系是指選來作為研究物體運動依據的一個三維不變的物體設為參考體,在參考體上選取不共面的三條相交線作為標架,再加上與參考體固連的時鍾。即參考系包括三維空間一維時間,習慣上我們把參考體簡稱為參考系。為了定量地描述物體的運動,我們在參考繫上還要建立坐標系,直角坐標和極坐標是最常用的兩種坐標形式。參照物是描寫運動物體的位置和位置的變化時作為參考依據的物體。觀察者通常是「站」在參照物上來研究物體的運動的,或者說他隨參照物一起運動的,所有這些一致的現象,其原因在參照物上的運動是參照內一切事物所共有的,或說觀察者與參照物之間無相對運動,所以觀察者往往把參照物看成是「靜止」不動的。現代生命科學需要參照系應該是DNA慣性參照系責無旁代的責任。如果設DNA為慣性參照系,則任何對於DNA作等速直線運動的參照系都是慣性參照系;例如細菌、原核生物、真核生物(DNA、蛋白質)、原癌基因、分子遺傳學等、而對於DNA作加速運動的參照系則是非慣性參照系。例如;噬菌體、真核生物、表觀遺傳(DNA甲基化、蛋白質乙醯化)、表觀疾病、癌基因、病毒、表觀遺傳學等,所有的慣性參照系都是等效的。
Ⅱ 參照物的舉例
怎樣解釋法國飛行員在空中能順手抓住一顆飛行的子彈?
解析:本題研究對象是子彈,射出的子彈在空中飛行時,由於受到阻(zu)力影響,速度將逐漸減小,當子彈到達飛行員和他駕駛的飛機(駕駛艙不封閉)旁邊時,如果子彈正好與飛機同向,且飛行的速度相同(或差不多),選飛機為參照物,因子彈與飛機之間沒有位置變化,所以子彈相對於飛機來說就是靜止的,飛行員順手把它抓住自然就不會受到傷害。 參照物是可以任意選擇的。對於同一個物體,選用的參照物不同,其運動情況的描述也就不一樣。如果參緩胡照物選擇得當,將有利於問題的解答,簡化解題過程。
在一條行駛得十分平穩的船的甲板上,頭尾分別立有兩個靶子。有兩名射手,一個在船頭,一個在船尾,用同樣的槍支同時陸凱向對面靶子射擊,問誰的子彈先打中靶子?(設子彈飛行速度相同)
解析:此題應分三種情況討論。第一種,船做勻速直線運動,這種情況下,因為射手在同一參照系中(船),所以同時射中。第二種,船做直線加速運動,則船頭射手的子彈先擊中靶子。第三種,船做直線減速運動,則船後的射手先擊中靶子。 一隊士兵以V1=2m/s的速度勻速前進,隊伍長1200m,
騎兵通訊員以V2=10m/s的速度從隊尾奔向隊首傳達命令,到達隊首後又立即掉頭以原速返回。求通訊員往返一次用了多少時間?(掉頭時間不計)
解析:本題若選地面為參照物。
通訊員往前走的時間為t1,他到達隊伍首走過了距離V2*t1.
此時隊伍首已經走了V1*t1. 返回的時候,通訊員使用的時間為t2,他達到隊尾的走過的距離為V2*t2,此時隊尾已經離開初始位置的距離為V1*t. 見圖示
可得方程組:
V2*t2=1200+V1t1
V2*t2=V2*t1-V1*t
t=t1+t2
聯解上述方程組,即可求出通訊員使用的全部時間t.
上面的解法由於參照物選得不大合適,使解題過程十分繁雜。
本題若選行進著的隊伍為參照物,則很容易知道:通訊員與隊伍同向前進時,他相對於隊伍的速度=(10-2)m/s;反向行進時,相對於隊伍的速度為(10+2)m/s。易得需要時間為250s。 一人在甲火車中,以甲火車為參照物看到乙,丙火車向相反的方向運動,那麼以地面為參照物,下面關於三個火車的運動,下列說法不可能的是( )。
A.甲乙火車同向行駛,丙火車反向行駛.
B.甲乙丙火車都同向行駛
C.甲乙火車反向行駛,丙火車靜止
D.甲乙火車同向行駛,丙火車靜止請說明理由。
解析:A如果成立的話,那麼甲的速度>乙的速度,丙的速度沒有要求B如果成立的話,那麼甲的速度>乙的速度,且甲的速度>丙的速度C如果成立的話,對於甲乙丙火車的速度沒有要求D如果成立的話,那麼甲的速度>乙的速度,丙的速度沒有要求所以應該ABCD都有可能,只要甲的速度>乙的速度,A成立只要甲的速度>乙的速度,且甲的速度>丙的速度,B成立不管甲乙丙速度如何,C一定成立只要甲的速度>乙的速度,擾悉攔D成立。 古詩「兩岸青山相對出,孤帆一片日邊來。」其中先後的參照物為 船和岸(或者青山)
分析:青山相對出,作者是說青山走出來了,從物理的角度來說,青山是運動的,但經驗告訴我們青山是不運動的,因為它與地面之間的位置沒有變化;而這個時候作者感覺到的是青山在運動,是因為青山與船的位置發生了變化,研究對像是青山,所以青山相對船是運動的,即船為參照物。
孤帆的運動則是日常生活中最簡單的現象,即相對地面位置發生了變化,所以它的參照物是地面上不動的物體,即岸或者青山都行。 下列不是機械運動的是( )
A彗星的運動
B下落的雨點的運動
C愛國運動
D嫦娥一號的繞月飛行
答案 C 地球同步衛星相對與地球它是靜止的,在地球上的人看來,地球同步衛星就是掛在頭上的一個「星星」位置沒有改變。所以是靜止的運動
Ⅲ 我還想研究生活中的什麼現象作業
站在太陽底下會出現影子(光沿直線傳播)
2.物體在空中會下落(萬有引力)
3.在車上,如果車突然停下,人會向前倒(人具有慣性
4.筷子插水裡會看到像是被折斷了一樣
5.做有的飯時既放糖又放醋,味道會更好
6.用酵母來發酵面,蒸饅頭
7.濕的衣服會干,是自然科學中水的蒸發現象.
8.燒水水會開,是水的沸騰現象.
9.冬天水會結冰,是水的凝固現象.
10.煤炭或者天然氣燃燒,是可燃物的在空氣中的燃燒現象.
11.鏡子可以反射光(也可以是湖面可以看到倒影),是光的反射現象.
12.水中的物體位置看起來與其實際位置有偏差,是光的折射現象
Ⅳ 參考系的問題
分條回答你:
1.建議你參考廣義相對論中關於絕對空間的說法,也就是說物質的運動在相對於絕對空間沒有加速度的情況下可以被選作參考系,如果物質存在加速度,依然可以被選作參考派型系,不過此時在計算中要引入質量引力補償來抵消加速度對計算的影響。
2.物體本身是沒有意識的,它的運動當然不需要參考系,是人們為了計算塵差猜方便才引入參考系的概念,好比自然界中本身不存在阿拉伯數字,使人們為了方便,才會用阿拉伯數字來計算蘋果香蕉。
3.具體參慶吵見問題一的回答
Ⅳ 參照系的研究
從運動學角度看,參考系可以任意選取。對一個具體的運動學問題,我們一般從方便出發選取參考系以簡化物體運動的研究。古代研究天體的運動時,很自然以地球為參考系。托勒密的「地心說」用本輪、均輪解釋行星的舉衡運動。哥白尼用「日心說」解釋行星的運動時,也要用本輪和均輪。從運動學角度看,「地心說」和「日心說」都可以同樣好地描述行星的運動。但從研究行星運動的動力學原因的角度看,「日心說」開通了走向真理的道路。開普勒在「地心說」的基礎上,把行星的圓周運動改變為橢圓運動從而扔掉了本輪、均輪的說法,開普勒並在觀測的基礎上建立了行星運動三定律,作出了重要的貢獻。牛頓進一步揭示了開普勒三定律的奧秘,建立了萬有引力定律、概括出「萬有引力」概念。我們應該注意,從運動學看所有的參考系都是平權的,選用參考系時正激做只考慮分析解決問題是否簡便。從動力學看參考系區分為慣性參考系和非慣性參考系兩類,牛頓定律等動力學規律只對慣性參考系成立,對不同的非慣性參考系要應用牛頓定律需引入相應的慣性力修正。
質點的機械運動表現為質點的位置隨時間變化。質點的位置是相對於一定的參考系說的,參考系是指選來作為研究物體運動依據的一個三維的、不變形的物體(剛體)或一組物體為參考體,在參考體上選取不共面的三條相交線作為標架,再加上與參考體固連的時鍾。即參考系包括參考體、標架和時鍾,習慣上我們把參考體簡稱為參考系。為了定量地描述物體的運動,我們在參考繫上還要建立坐標系,直角坐標和極坐標是最常用的兩種坐標形式。
牛頓把作勻速直線運動的參考系叫做慣性參考系。1905年,愛因斯坦在他的論文中提出,所有的慣性參考系都是等價的,也就是說,一切物理定律在慣性參考系中都同樣適用,具有相同的形式。愛因斯坦的觀點是正確的,因為人們不能在任何一個慣性參考系內部(也就是說,不參照這個參考系外部的物體)用任何物理定律去發現這個參考系與靜止的參考系有什麼差別。正是在這種認識的基礎上,愛因斯坦建立了狹義相對論。
那麼,如果我們處在一個非慣性參考系中,又如何呢?非慣性參考系的運動具有一定的加速度,可是,這種加速度可以被看作是一種重力(又可稱為萬有引力)。例如,我們在電梯中,當電梯加速下降或者減速上升時,我們會感到身體有些輕飄飄的,重量似乎減小了。我們在電梯中不看外面的參照物,並不知道電梯在加速還是減速,只感到重力在變化。
按牛頓的觀點,絕對運動是相對於絕對靜止參考系而言的。這就是說,自然界中存在一絕對靜止的空間,即絕對空間。根據近代的觀點,絕對空間並無客觀意義。19世紀的物理學家為了解釋J.C.麥克斯韋的電磁理論與牛頓力學中相對性原理的矛盾,曾假設空間充滿一種沒有質量且不流動的彈性介質「以太」(ether),電磁波被看成「以太」的振動。相對於「以太」靜止的參考系就代表絕對靜止的參考系。在此參考系中的電磁現象具有特殊性質,從而導致慣性坐標系對於描述電磁現象是不均等的論點。1887年A.A.邁克耳孫和E.W.莫雷發表的著名的實驗結果,表明「以太」效應是不能檢測到的。此後其他一些實驗也表明不能找到靜止參考系。因此,A.愛因斯坦指出,絕對靜止是根本沒有的。
愛因斯坦在1905年發表的著名論文《論動體的電動力學》中提出了狹義相對論兩條基本假設,即相對性原理和光速不變性。這兩條假設是狹義相對論的基礎,許多牛頓力學所不能解釋的現象,可用狹義相對論精確地描述。愛因斯坦的相對性原理指出:包括力學、電動力學、光學等在內的物理學各定律,在所有慣性參考系中都是相同的。即慣性坐標系對描述物理現象是平等的,沒有特殊的絕對靜止的參考系,絕對空間是無意義的。
慣性參考系
對慣性定律成立的參考系,簡稱慣性系。經典力學的相對性原理指出,一切力學規律在相互作勻速運動而無轉動的參考系中都是相同的。在—個作勻速直線運動的密封座艙中的觀察者,無法通過內部的力學實驗來判斷座艙相對於恆星是靜止的還是在作勻速運動的,他只有朝窗外看才能知道,但仍然無法判斷究竟是座艙還是恆星在鉛帆運動。另一方面,參考系在力學上的這種等效,並非對任意運動的參考系都成立。在顛簸運行的火車里和在作勻速運動的火車里,力學運動並不服從同樣的定律。在精確地寫相對於地球的運動方程時,必須考慮地球的轉動。一個參考系,如果自由質點在其中作非加速運動,就稱為慣性參考系或伽利略參考系,所有相互作非加速運動而無轉動的參考系都是慣性參考系。
判斷一個特定參考系是不是慣性系,取決於能以多大的精確度去測出這個參考系的微小加速度效應。在地面上的一般工程動力學中,由於地球的自轉角速度較小,地面上一點的向心加逮度很小,可取與地球固連的坐標系作為慣性參考系。在一些必須把地球自轉計算在內的問題中,例如研究陀螺儀表的漂移時,可採用地球中心坐標系作為近似的慣性參考系,其原點與地球中心重合,軸指向所認定的恆星。天文學中則採用黃道坐標系或銀道坐標系作為慣性參考系。地球表面赤道上一點的向心加速度為3.4厘米/秒2,地球繞太陽公轉的向心加速度為0.6厘米/秒2,太陽繞銀河系中心轉動的向心加速度約為3×10-8厘米/秒2。從以上數據可看出所選取的慣性參考系的近似程度。
非慣性各考系
對慣性參考系作加速運動或轉動的參考系,簡稱非慣性系。
對慣性系以不變的加速度α在運動的非慣性系,稱為加速運動參考系。在此參考系中靜止的物體必有力F=mα作用著。在引力場中,物體都受引力作用,因此對引力場中慣性系靜止的物體也受引力作用。若另有一非慣性系,它對慣性系的加速度和這引力產生的加速度相同,則在此非慣性系中的觀察者並不覺得有引力場,也不知自己有加速運動,這就是愛因斯坦的「升降機」,說明引力場和非慣性系是等效的。
對慣性參考系轉動的參考系稱為轉動參考系。假定慣性系靜止,則與轉動參考系固連的剛體運動,就是轉動參考系對慣性系的運動。
參考系和等效原理
慣性質量與引力質量的相等一般稱為等效原理。這個原理導致一個結淪:一個存在著引力場的慣性參考系和另一個作加速運動的非慣性參考系是等效的,即內部的物理實驗不能區分這兩種參考系,這就是愛因斯坦等效原理。以愛因斯坦「升降機」為例 ,若升降機在1g的均勻引力場中靜止,另外,又在自由空間中以9.81米/秒2的加速度向上作勻加速運動,由於慣性質量和引力質量相等,在上述兩種情況中所作的同樣的內部物理實驗結果相同。裡面的觀察者既可認為升降機靜止,且機廂內存在引力場;又可認為機廂內不存在引力場,只是升降機以9.81米/秒2的加速度向上運動。
慣性質量和引力質量的等效導致另一種情況。若一物體在均勻引力場中自由下落,其中的質點,由於慣性質量和引力質量相等,共慣性力和引力平衡。因此,同均勻引力場中自由降落的物體相固結的非旋轉參考系和自由空間的慣性參考系是等效的。在環繞地球飛行的宇宙飛船中,「失重」現象就是由於引力和離心慣性力平衡所引起的。
慣性質量和引力質量的相等常稱為弱等效原理,愛因斯坦的等效原理則稱為強等效原理。等效原理是廣義相對論的基礎。
Ⅵ 我們一般將慣性系作為參考系來研究物體運動,但若將非慣性系作為參考系,會有哪些不同呢請舉具體例子說明
因為此時系統本身會有運動。如果要在此非慣性系中運用牛頓定理,那麼需要引入一個等大反向的慣性力,引入慣性力之後,就可以像慣性系中用牛頓定理了。
比如水平向右勻加速運動的小車頂部用細線掛住一個重物,那麼細線必定會往後面呈現一個斜度,如果站在地面來看,就是細線拉力在水平方向上的分力對重物會提供一個和小車一樣的加速度,使得重物和小車保持相對靜止。這是在地面上(慣性系)用牛頓定理分析的結果。
站在校車內部分析,重物相對於小車靜止。由於小車有一個向右的加速度a。所以如果我們在此要用牛頓定理分析的話,必須引入慣性力,此慣性力方向和小車加速度方向相反,大小就是ma,也就是說給重物加了一個向左的大小為自身質量乘上寬含並小車加速度a的作用力,那麼站在小車內部的我們就會看到重物在本慎跡身重力,繩子拉力,慣性力三力作用下靜止!
上面是針對力來講解的,如果是加速度,速度,位移什麼的,你可以用絕對量=相對量+牽連量這個轉換公式來進行轉換,並且要知道,這三者並不是一成不變的,要靈活掌握。
比如說本題,站在地面的我們,此時考察重物的運動情況使,我們就可以把重物的對地速度看成是絕對速度,然後把小車的速度看成是牽連速度,最後把重物對小車的相對速度列出來,帶入上面的公式就可以了。同樣,如果我們此時站在小車上,那麼地面速度此時就是牽連速度了,重物相對小車的速度就是絕對速度了,重物對於地面的速度就是相對速度了。所以要回根據題目靈活轉換參考系。
參考系的變化放老空在數學上用數學的觀點來理解就是向量的加減法。
Vab=Vac+Vcd+Vde+Veb,只要他們的角標連得起來,那麼兩者就相等,呵呵,
Ⅶ 哪些在生活中非常常見的現象,能夠有力證明重力的存在
生活中,蘋果從樹上掉下來,拋向空中的物體落下,人可以在地上行走而不是在空中漂浮。當一個物體自由下落時,落到地面的物體總是垂直向下的。懸掛物體的繩子靜止時總是垂直懸掛。重力的方向是垂直向下,但注意不是垂直向下。重力方向的應用。檢查牆壁是否與鉛垂線。垂直重力方向的應用。用水平儀檢查桌面是否水平。
因為它與實驗和日常生活是一致的,可以擴展到衛星等遠離地面的地方。引力不是簡單地力,引力的決定因素還沒有找到。地球的環境和物種與重力密切相關。可以說,沒有引力,就不可能有我們目前所觀察到的宇宙模樣,甚至根本就不可能存在。當掛在牆上的一隻石英鍾的電池用完,停止移動時,它的秒針會多次停在表盤上的「9」位置。是不是很奇怪?解密:這是因為當秒針處於「9」所在的位置時,受到重力矩的阻礙最大。什麼是重力矩?力矩:力和臂的乘積。力臂是旋轉軸到力的垂直距離,是描述力的旋轉效應的物理量。重力矩:是重力產生的力矩,即重力和力臂的乘積。