下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
在2.1节中我们知道，牛顿运动定律只在一类特殊的参考系——惯性系中才成立．在那里我们举了加速运动汽车中的光滑小球的例子．由于小球光滑，它在水平方向上不受任何力的作用．地面上观测到小球静止，但汽车中观测到小球向后加速运动．于是，在汽车中小球受力平衡，但具有加速度！这是违反牛顿运动定律的．其原因就在于，加速运动的汽车是一个 非惯性参考系 （简称 非惯性系 ），在这种参考系中，牛顿运动定律不成立．
其实，惯性系本来只是一个理想概念，实际参考系都是非惯性参考系，只是“非惯性”程度各不相同．虽然有时可以把一些非惯性系（如地球）视为惯性系来处理，但在要求高精度时，非惯性效应将会明显．而且，在实际问题中，经常需要在非惯性参考系中观察和处理力学问题．因此，有必要考虑在非惯性系中的动力学．理所当然地，此时必须将牛顿定律进行修正，而修正的方式只是引入惯性力即可．
所谓非惯性系，就是相对于惯性系存在加速运动的参考系．这有两种基本情况：（1）做加速平动；（2）做匀速转动．这两种情况是其他复杂情况的基础．
先考虑加速平动的非惯性系，简称加速平动系．设有一个相对于地面以加速度 a 0 做平动的车厢，车厢内有一个质量为 m 的物体，所受合力为 F ，相对车厢的加速度为 a' ．根据第1章1.5节相对运动的知识知，该物体的对地加速度（绝对加速度）为
a ＝ a 0 ＋ a' ．
由于车厢不是惯性系，故不能适用牛顿运动定律．但地面是惯性系，根据牛顿第二定律，有
F ＝ m a ＝ m a 0 ＋ m a' ．
它可以改写为
该式有很好的意义．右边是质量乘以车厢中测到的加速度，而左边则可以视为合力，其中
称为惯性力．
由式（2.38）可知，若要牛顿运动定律在非惯性系车厢中成立，则在受力分析时，除了考虑物体所受实际的外力 F 外，还必须引入一个惯性力．惯性力的大小等于质点的质量 m 和非惯性系的加速度 a 0 的乘积，方向与加速度 a 0 的方向相反．
需要指出的是：惯性力不是物体之间的相互作用力，因此，惯性力只有受力物体，没有施力物体，也没有反作用力．它仅仅是参考系非惯性运动的一种表现，具体形式与物体非惯性运动的形式有关．
例2.7 火箭载有质量为50kg的物体，以10m·s -2 的加速度发射升空，试问发射时如果在火箭内用弹簧秤称量该物体，弹簧秤的读数为多少？
解： 取火箭为参考系，这是一个非惯性参考系．物体在火箭内部受三种力的作用而平衡：重力 G ＝ mg 、弹簧秤的支撑力 N 和惯性力 F' ＝ ma 0 ．三力的作用方向都在竖直方向，平衡时有
N - G - F' ＝0
即
N ＝ G ＋ F' ＝ m （ g ＋ a 0 ）＝50×（10＋10）N＝1000N．
故弹簧秤的读数为1000N．
设想一个匀速转动的水平圆盘，其上有一个物体因受静摩擦力而与圆盘相对静止．在地面系中看，物体具有加速度，同时受到向内的摩擦力．根据牛顿第二定律，有
而在圆盘系中看，物体静止．它受到了真实的摩擦力作用，同时还受到向外的惯性力作用．这样它才能受力平衡而静止．这个惯性力就称为 惯性离心力 ，其大小为
方向向外．
匀速转动系中的运动物体，其所受的惯性力除了惯性离心力外，还有科里奥利力．此处从略．
