问题讨论:
  如图,当火车相对于水平地面作匀加速直线运动时,坐在车厢中的人看到一只悬挂在行李架下的小水壶,在悬线朝后偏转角而静止,他分析水壶这时仅受重力W和悬线拉力T作用,其合力并不为零,感到无法用牛顿第二定律解释水壶竟然静止不动的原因,这是为什么?站在地面上的人能否应用牛顿第二定律解释此现象?


  答: 火车相对于地面不是作匀速直线运动,它是一个非惯性参考系,牛顿第二定律不适用。
  人站在地面上,也就是以地面为参考系,它是惯性系,据此可以解释本题所述现象。由于火车相对于地面以加速度a作匀加速直线运动,水壶在偏转角而静止于火车中时,它与火车将以相同的加速度a运动,故水壶必受到与a同方向的合外力F作用,即,按牛顿第二定律,在水平方向,有

,则由上式,可得

亦即,悬线必须向后偏转角后,才能提供一个合外力,使水壶获得与火车相等的加速度。