在非慣性參考系中建立質點運動與受力關係的方程式。牛頓運動定律適用於慣性參考系,但工程中常需解決物體相對非慣性參考系的運動問題。如運動著的載體(飛機、艦船等)中力學儀錶的行為,載人飛船在軌道飛行中宇航員的動作規範等。地球本身也屬非慣性系,在遠端火炮、慣性導航、大氣運動等問題中必須考慮地球的自轉,亦即研究對非慣性系的相對運動。

航天飛機中宇航員在失重狀態下自由飄浮

  相對運動方程 以某慣性系為定系,相對它運動著的非慣性系為動系,則質點在慣性系的運動方程為:

m aF   (1) 質點相對非慣性系的運動方程為: ma rFma ema c   (2) 式中 a r, a e, a c分別為質點的相對加速度、牽連加速度和科氏加速度(見 相對運動)。引入記號: F Ie= - m a e稱為牽連慣性力; F Ic= - m a c稱為科氏慣性力,它們均有力的量綱;則式(2)成為: m a rF+ F Ie+ F Ic   (3) 式(3)建立瞭相對運動與受力之間的關系,稱為相對運動方程式,它與牛頓運動定律(1)有相同的形式。因此,在研究質點相對非慣性系運動時,隻要在質點上作用兩個虛構的力 F IeF Ic,就仍然可使用牛頓運動定律及由它推導出的一切定理。對於質點系相對非慣性系的運動,應該對其中每個質點按上法處理。

  牽連慣性力與科氏慣性力的性質有以下幾方面:

  ①對這兩個力,既不存在施力物體,也不存在反作用力,它們不符合“力是兩物體之間的相互作用”的定義。因此,它們都不是真實的力。它們的大小與方向與所選動參考系有關,而真實力與參考系無關。

  ②但在非慣性系中,它們完全可被感覺到並被儀器測量出來。如汽車加速向前時,乘客感到有力將身體壓向座椅靠背;電梯加速上升時,乘客感到體重增加(超重現象);在空間軌道上運行的載人飛船中,宇航員的體重被一種力抵消,處於失重狀態。這些力都是牽連慣性力,在非慣性系中它們是真實存在的。

  ③它們都是體積力,即作用於物體的每一個質點上。如運載火箭起飛時,宇航員身體的每一部分都處於超重狀態。空間失重狀態是產生浮力的水池中無法模擬的,因為水的浮力是表面力,不可能作用於宇航員的內臟及血液。

  ④它們與達朗貝爾慣性力也不相同,後者的表達式是FI= -ma,a為質點的絕對加速度,兩者的物理意義也不相同。如果質點在動系中相對靜止,即vr=0,ar=0,則aea,牽連慣性力轉化為達朗貝爾慣性力。在相對論中,它與引力是等價的。

  工程應用舉例 參見離心力、科裡奧利力。