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S′系的平动分两类,第一类是直线的,第二类是曲线的.水平地面上沿直线行进的车厢,升降中的电梯,都可能构成第一类平动非惯性系.如果a0恒定,对于每一个质点,Fi都是常力,与重力类似,也可将两者合成的力处理为“类重力”.游乐园中的摩天轮如图2-17所示,大圆轮匀速旋转时,游客的座椅作圆平动,可构成第二类平动非惯性系.因为地球中心在绕着太阳旋转,地心参考系也成为第二类平动非惯性系.在这一非惯性系中,潮汐现象可借助背离太阳的平移惯性力得到简单解释.
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图 2-17
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例6 高h、长l>h的长方形车厢沿水平地面以a0<g的匀加速度前行,某时刻在车厢前壁顶部某处自由释放小球A,同时在车厢后壁底部以初速率v0对准A抛出小球B,如图2-18所示.试问v0取何值,两球能在与车厢相碰前彼此相遇?
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图 2-18
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解 车厢构成匀加速平动非惯性系S′,在S′系中A球具有的重力加速度使它能有竖直向下的分运动,经时间
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落到车厢地板上.(在S′系中A有朝后的加速度a0,故落地点在车厢前壁后方处.)
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S′系中平移惯性力m(-a0)与重力mg的合力F′,可处理成“类重力”F′=mg′,如图2-19所示.引入随A一起运动的参考系SA,它相对S′系具有g′平动加速度.在SA系中A静止,B以初速率v0对准A作匀速直线运动,经过时间
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图 2-19
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与A相遇.很易看出,只要
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两球相遇前均不会与车厢碰撞.联立①②③式,得v0可取值为
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例7 二体约化质量.
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质量分别为mA和mB的质点A和B,其间作用力与反作用力分别为FA和FB.无外力,试求A相对于B的动力学方程.
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