达朗伯原理

求解有约束质点系动力问题的一个原理,是法国数学家J.le R.达朗伯于1743年最先提出的,因而得名。对一个质点,这原理的数学表达式为:

FNma0,(1)

式中F为加于质量m的质点的主动力;N为限制这质点的约束力(见约束);a为这质点的加速度。

达朗伯把主动力拆成两个分力 F=F+F。其中一个力F与约束力N平衡,另一个力F用来产生ma(见图),即

FN0(2)

F=ma。故有:

FFFFma。(3)

将式(3)代入式(2),即得式(1)。后来的力学家把-ma称为惯性力,附加在质点上。这样,式(1)在形式上与静力学的平衡方程一致,可以叙述为:“质点系的每一个质点所受的主动力F、约束力N和惯性力-ma成为一平衡力系。”但是,静力学中构成平衡力系的都是外界物体对质点的作用力,而惯性力并不是外加的。所以,惯性力是一种为了便于解决问题而假设的“虚拟力”。

不论达朗伯本人对式(1)作何种解释,等式两边只是一种数值关系,其结果与从顿运动方程F+N=ma中把ma移项完全相同。但是,把-ma看成惯性力并把式 (1)看成平衡(实际不平衡)的观点所引入的动静法和机械学中的动平衡,对力学的发展则发生积极的影响。

事实上,在跟着质点运动的非惯性坐标系的观察者认为,惯性力是存在的,而且可以测量。例如在垂直方向加速上升的火箭中的宇航员,他对座位压力大于重力。

A.爱因斯坦创立的广义相对论认为惯性力完全与万有引力等价;爱因斯坦用升降机说明两者是不能区分的。因此,从广义相对论的角度看,惯性力是真实的力。

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