摘要：在不考慮相對(duì)論效應(yīng)時(shí)，從一參考系變換到另一參考系，某一事件經(jīng)歷的時(shí)間相等，空間兩位置的相對(duì)距離不變，運(yùn)動(dòng)學(xué)公式的表達(dá)形式不變，牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理、動(dòng)量定理表達(dá)形式也不變。

關(guān)鍵詞：參考系；變換；不變性；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G633.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-6148(2008)1(S)-0024-2

參考系是物理學(xué)中的一個(gè)重要概念，許多物理量、物理規(guī)律都是基于某一參考系，它們具有相對(duì)性。但也有一些物理量或物理規(guī)律，無(wú)論是從地面參考系變換到相對(duì)于地面做勻速運(yùn)動(dòng)的慣性參考系，還是變換到相對(duì)地面做加速運(yùn)動(dòng)的非慣性參考系，它們都不隨參考系的變換而變化，具有絕對(duì)性。

1 時(shí)間間隔不變

某一事件在任一參考系中經(jīng)歷的時(shí)間是相等的，成立的條件是參考系間的相對(duì)速度與光速相比很小，可不考慮相對(duì)論效應(yīng)。

2 空間間距不變

空間兩位置的相對(duì)距離在任一參考系中都是相等的，成立的條件是參考系間的相對(duì)速度與光速相比很小，可不考慮相對(duì)論效應(yīng)。

例題2 如圖1所示，天花板上掛有一根長(zhǎng)為1m的木桿，從地面上豎直向上拋出一個(gè)小球，同時(shí)木桿自由下落，0.5s后球和桿下端在同一水平線上，再過(guò)0.1s，球和桿的上端在同一條水平線上，求：小球拋出時(shí)的速度和天花板離地面的高度？

3 運(yùn)動(dòng)學(xué)公式的表達(dá)形式不變

關(guān)于反映初速度、末速度、加速度、位移、時(shí)間等物理量關(guān)系的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式對(duì)于任一參考系是成立的，成立的前提是加速度、速度和位移是相對(duì)于這一參考系的相對(duì)加速度、相對(duì)速度和相對(duì)位移。

例題4 如圖3所示，一個(gè)厚度不計(jì)的圓環(huán)A，緊套在長(zhǎng)度為L(zhǎng)的圓柱體B的上端，A、B兩者的質(zhì)量均為m。A與B之間的最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力相同，大小為1.5mg。B從離地H（L＞2H）高處由靜止開(kāi)始落下，觸地后能豎直向上彈起，觸地時(shí)間極短，且無(wú)動(dòng)能損失。試求B與地第一次碰撞彈起后，A與B剛相對(duì)靜止時(shí)的速度及A在B上下滑的距離是多少?

4 牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理、動(dòng)量定理表達(dá)形式不變

如果選擇的參考系相對(duì)于地面是加速運(yùn)動(dòng)參考系，在該非慣性參考系中，牛頓第二定律、動(dòng)能定理、動(dòng)量定理表達(dá)形式會(huì)保持不變，不變的前提是參考系間的相對(duì)速度遠(yuǎn)小于光速，且必須引入慣性力，同時(shí)速度、加速度、位移、動(dòng)量、動(dòng)能都是相對(duì)于這一參考系的相對(duì)速度、相對(duì)加速度、位移、動(dòng)量、動(dòng)能。

例5 如圖4所示，光滑水平面上靜止放著長(zhǎng)L=2.0m，質(zhì)量M=3.0kg的木板，一個(gè)質(zhì)量為m=1.0kg的小物塊放在離木板右端d=0.40m處，m與M間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1，今對(duì)木板施加水平向右的拉力F=10.0N，為了使木板能自小物體下抽出來(lái)，此拉力作用不得少于多少時(shí)間？

如果參考系間的相對(duì)速度可與光速相比，則變換參考系后，相對(duì)論效應(yīng)顯著，物體的質(zhì)量要變化，某一事件經(jīng)歷的時(shí)間會(huì)變化，空間兩點(diǎn)的間距會(huì)變化，牛頓第二定律、動(dòng)量定理、動(dòng)能定理會(huì)以新的表達(dá)形式統(tǒng)一于同一規(guī)律。

(欄目編輯 黃懋恩)

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文?！?/p>