Inercinė atskaitos sistema. Neinercinė atskaitos sistema: apibrėžimas, pavyzdžiai

Jūsų dėmesiui pristatome vaizdo pamoką, skirtą tema „Inercinės atskaitos sistemos. Pirmasis Niutono dėsnis“, kuris įtrauktas į 9 klasės mokyklos fizikos kursą. Pamokos pradžioje mokytojas primins pasirinktos atskaitos sistemos svarbą. Tada jis kalbės apie pasirinktos atskaitos sistemos teisingumą ir ypatybes, taip pat paaiškins terminą „inercija“.

Ankstesnėje pamokoje kalbėjome apie atskaitos sistemos pasirinkimo svarbą. Priminsime, kad trajektorija, nuvažiuotas atstumas ir greitis priklausys nuo to, kaip pasirinksime CO. Yra keletas kitų funkcijų, susijusių su atskaitos sistemos pasirinkimu, ir mes apie jas kalbėsime.

Ryžiai. 1. Krintančios apkrovos trajektorijos priklausomybė nuo atskaitos sistemos pasirinkimo

Septintoje klasėje studijavote „inercijos“ ir „inercijos“ sąvokas.

Inercija - Tai reiškinys, kurioje organizmas linkęs išlaikyti pradinę būseną. Jei kūnas judėjo, jis turėtų stengtis išlaikyti šio judėjimo greitį. Ir jei jis buvo ramybėje, jis stengsis išlaikyti savo ramybės būseną.

Inercija - Tai nuosavybė kūnai palaiko judėjimo būseną. Inercijos savybę apibūdina toks dydis kaip masė. Svoris – kūno inercijos matas. Kuo sunkesnis kūnas, tuo sunkiau jį pajudinti arba, atvirkščiai, sustabdyti.

Atkreipkite dėmesį, kad šios sąvokos yra tiesiogiai susijusios su sąvoka " inercinis atskaitos rėmas“(ISO), kuris bus aptartas toliau.

Panagrinėkime kūno judėjimą (arba ramybės būseną) tuo atveju, kai kūno neveikia kiti kūnai. Išvadą apie tai, kaip kūnas elgsis nesant kitų kūnų veikimo, pirmasis pasiūlė Rene Descartes (2 pav.) ir tęsė Galilėjaus eksperimentuose (3 pav.).

Ryžiai. 2. Rene Descartes

Ryžiai. 3. Galilėjus Galilėjus

Jei kūnas juda, o kiti kūnai jo neveikia, tada judėjimas išliks, jis išliks tiesus ir vienodas. Jei kiti kūnai neveikia kūno, o kūnas ilsisi, ramybės būsena bus palaikoma. Bet žinoma, kad ramybės būsena siejama su atskaitos sistema: viename atskaitos rėme kūnas ilsisi, o kitame juda gana sėkmingai ir pagreitintu greičiu. Eksperimentų ir samprotavimų rezultatai leidžia daryti išvadą, kad ne visose atskaitos sistemose kūnas judės tiesia linija ir tolygiai arba bus ramybėje, jei jo neveikia kiti kūnai.

Vadinasi, sprendžiant pagrindinę mechanikos problemą, svarbu pasirinkti tokią atskaitomybės sistemą, kurioje vis dar tenkinamas inercijos dėsnis, kur yra aiški priežastis, sukėlusi kūno judėjimo pasikeitimą. Jei kūnas juda tiesia linija ir tolygiai, nesant kitų kūnų veikimo, tokia atskaitos sistema mums bus tinkamesnė, ir ji bus vadinama inercinė atskaitos sistema(ISO).

Aristotelio požiūris į judėjimo priežastį

Inercinė atskaitos sistema yra patogus modelis, apibūdinantis kūno judėjimą ir priežastis, kurios sukelia tokį judėjimą. Ši koncepcija pirmą kartą atsirado Isaac Newton dėka (5 pav.).

Ryžiai. 5. Izaokas Niutonas (1643–1727)

Senovės graikai judėjimą įsivaizdavo visiškai kitaip. Susipažinsime su aristoteliniu požiūriu į judėjimą (6 pav.).

Ryžiai. 6. Aristotelis

Anot Aristotelio, yra tik viena inercinė atskaitos sistema – atskaitos sistema, susijusi su Žeme. Visos kitos atskaitos sistemos, pasak Aristotelio, yra antrinės. Atitinkamai visus judesius galima suskirstyti į du tipus: 1) natūralius, tai yra, perduodamus Žemės; 2) priverstinis, tai yra visi kiti.

Paprasčiausias natūralaus judėjimo pavyzdys yra laisvas kūno kritimas į Žemę, nes Žemė šiuo atveju suteikia kūnui greitį.

Pažvelkime į priverstinio judėjimo pavyzdį. Tai arklys, traukiantis vežimą, situacija. Kol arklys daro jėgą, vežimas juda (7 pav.). Kai tik arklys sustojo, sustojo ir vežimas. Nėra jėgos – nėra greičio. Anot Aristotelio, tai jėga, kuri paaiškina greičio buvimą kūne.

Ryžiai. 7. Priverstinis judėjimas

Iki šiol kai kurie paprasti žmonės mano, kad Aristotelio požiūris yra teisingas. Pavyzdžiui, pulkininkas Friedrichas Krausas von Zillergutas iš „Gero kareivio Šveiko nuotykių pasaulinio karo metais“ bandė iliustruoti principą „Nėra jėgos – nėra greičio“: „Kai baigėsi visas benzinas“, – sakė pulkininkas, „ automobilis buvo priverstas sustoti. Vakar pati tai mačiau. O po to dar šneka apie inerciją, ponai. Neeina, stovi, nejuda. Jokio benzino! Ar nejuokinga?"

Kaip ir šiuolaikiniame šou versle, kur yra gerbėjų, visada bus kritikų. Aristotelis taip pat turėjo savo kritikų. Jie pasiūlė jam atlikti tokį eksperimentą: paleiskite kūną, ir jis pateks tiksliai po ta vieta, kur mes jį paleidome. Pateiksime Aristotelio teorijos kritikos pavyzdį, panašų į jo amžininkų pavyzdžius. Įsivaizduokite, kad skrendantis lėktuvas meta bombą (8 pav.). Ar bomba nukris būtent po toje vietoje, kur ją paleidome?

Ryžiai. 8. Pavyzdžiui, iliustracija

Žinoma ne. Bet tai natūralus judėjimas – judėjimas, kurį perdavė Žemė. Kas tada priverčia šią bombą judėti į priekį? Aristotelis atsakė taip: faktas yra tas, kad natūralus judėjimas, kurį suteikia Žemė, krinta tiesiai žemyn. Tačiau judant ore bombą nuneša jos turbulencija, ir šios turbulencijos tarsi stumia bombą į priekį.

Kas atsitiks, jei oras pašalinamas ir susidaro vakuumas? Juk jei nėra oro, tai, pasak Aristotelio, bomba turėtų kristi būtent po ta vieta, kur buvo išmesta. Aristotelis tvirtino, kad jei nėra oro, tai tokia situacija galima, tačiau iš tikrųjų gamtoje nėra tuštumos, nėra vakuumo. O jei nėra vakuumo, tai nėra ir problemos.

Ir tik Galilėjus Galilėjus suformulavo inercijos principą tokia forma, prie kurios esame įpratę. Greičio pasikeitimo priežastis – kitų kūnų veikimas ant kūno. Jei kiti kūnai neveikia kūno arba šis veiksmas yra kompensuojamas, tai kūno greitis nepasikeis.

Dėl inercinės atskaitos sistemos galima atsižvelgti į šiuos dalykus. Įsivaizduokite situaciją, kai automobilis juda, tada vairuotojas išjungia variklį, o tada automobilis juda pagal inerciją (9 pav.). Tačiau tai neteisingas teiginys dėl paprastos priežasties, kad laikui bėgant automobilis sustos dėl trinties. Todėl šiuo atveju nebus vienodo judėjimo – trūksta vienos iš sąlygų.

Ryžiai. 9. Dėl trinties keičiasi automobilio greitis

Panagrinėkime kitą atvejį: didelis, didelis traktorius juda pastoviu greičiu, o priekyje kaušu tempia didelį krovinį. Tokį judėjimą galima laikyti tiesiu ir vienodu, nes tokiu atveju visos kūną veikiančios jėgos yra kompensuojamos ir subalansuoja viena kitą (10 pav.). Tai reiškia, kad atskaitos sistema, susijusi su šiuo kūnu, gali būti laikoma inercine.

Ryžiai. 10. Traktorius juda tolygiai ir tiesia linija. Visų kūnų veiksmai yra kompensuojami

Inercinių atskaitos sistemų gali būti daug. Realybėje tokia atskaitos sistema vis dar idealizuojama, nes atidžiau panagrinėjus tokių atskaitos sistemų visa prasme nėra. ISO yra savotiškas idealizavimas, leidžiantis efektyviai imituoti realius fizinius procesus.

Inercinėms atskaitos sistemoms galioja „Galileo“ greičių pridėjimo formulė. Taip pat pažymime, kad visos atskaitos sistemos, apie kurias kalbėjome anksčiau, gali būti laikomos inercinėmis tam tikram aproksimavimui.

Įstatymą, skirtą ISO, pirmasis suformulavo Isaacas Newtonas. Niutono nuopelnas slypi tame, kad jis pirmasis moksliškai įrodė, jog judančio kūno greitis kinta ne akimirksniu, o dėl tam tikro veiksmo laikui bėgant. Šis faktas buvo pagrindas sukurti dėsnį, kurį vadiname pirmuoju Niutono dėsniu.

Pirmasis Niutono dėsnis : yra tokių atskaitos sistemų, kuriose kūnas juda tiesia linija ir tolygiai arba yra ramybės būsenoje, jei kūno neveikia jokios jėgos arba visos kūną veikiančios jėgos yra kompensuojamos. Tokios atskaitos sistemos vadinamos inercinėmis.

Kitu būdu jie kartais sako taip: inercinė atskaitos sistema yra sistema, kurioje tenkinami Niutono dėsniai.

Kodėl Žemė yra neinercinis CO? Foucault švytuoklė

Daugelyje problemų būtina atsižvelgti į kūno judėjimą Žemės atžvilgiu, o Žemę laikome inercine atskaitos sistema. Pasirodo, šis teiginys ne visada teisingas. Jei atsižvelgsime į Žemės judėjimą jos ašies arba žvaigždžių atžvilgiu, tada šis judėjimas įvyksta su tam tikru pagreičiu. CO, kuris juda tam tikru pagreičiu, negali būti laikomas inerciniu visa prasme.

Žemė sukasi aplink savo ašį, o tai reiškia, kad visi ant jos paviršiaus esantys taškai nuolat keičia savo greičio kryptį. Greitis yra vektorinis dydis. Jei jo kryptis pasikeičia, atsiranda tam tikras pagreitis. Todėl Žemė negali būti teisingas ISO. Jei apskaičiuosime šį pagreitį taškams, esantiems ant pusiaujo (taškams, kurių didžiausias pagreitis, palyginti su taškais, esančiais arčiau ašigalių), tada jo vertė bus . Indeksas rodo, kad pagreitis yra įcentrinis. Palyginti su pagreičiu dėl gravitacijos, pagreičio galima nepaisyti ir Žemę galima laikyti inercine atskaitos sistema.

Tačiau atliekant ilgalaikius stebėjimus negalima pamiršti ir Žemės sukimosi. Tai įtikinamai parodė prancūzų mokslininkas Jeanas Bernardas Leonas Foucault (11 pav.).

Ryžiai. 11. Jeanas Bernardas Leonas Foucault (1819-1868)

Foucault švytuoklė(12 pav.) - tai didžiulis svoris, pakabintas ant labai ilgo sriegio.

Ryžiai. 12. Fuko švytuoklės modelis

Jei Foucault švytuoklė išvedama iš pusiausvyros, ji apibūdins kitą trajektoriją, išskyrus tiesią (13 pav.). Švytuoklės poslinkį sukelia Žemės sukimasis.

Ryžiai. 13. Fuko švytuoklės svyravimai. Vaizdas iš viršaus.

Žemės sukimąsi lemia daugybė kitų įdomių faktų. Pavyzdžiui, šiaurinio pusrutulio upėse dešinysis krantas yra statesnis, o kairysis – lygesnis. Pietinio pusrutulio upėse yra atvirkščiai. Visa tai lemia būtent Žemės sukimasis ir dėl to atsirandanti Koriolio jėga.

Dėl pirmojo Niutono dėsnio formulavimo klausimo

Pirmasis Niutono dėsnis: jei kūno neveikia jokie kūnai arba jų veiksmai yra tarpusavyje subalansuoti (kompensuoti), tai šis kūnas ilsisi arba judės tolygiai ir tiesiai.

Panagrinėkime situaciją, kuri mums parodys, kad šią pirmojo Niutono dėsnio formuluotę reikia pataisyti. Įsivaizduokite traukinį su užuolaidomis. Tokiame traukinyje keleivis, žiūrėdamas į lauke esančius objektus, negali nustatyti, ar traukinys juda, ar ne. Panagrinėkime dvi atskaitos sistemas: СО, susietą su keleiviu Volodya, ir СО, susietą su stebėtoju platformoje Katya. Traukinys pradeda greitėti, jo greitis didėja. Kas atsitiks su obuoliu, kuris yra ant stalo? Dėl inercijos jis suksis priešinga kryptimi. Katjai bus akivaizdu, kad obuolys juda iš inercijos, o Volodijai tai bus nesuprantama. Jis nemato, kad traukinys pradėjo judėti, ir staiga link jo ima riedėti ant stalo gulintis obuolys. Kaip tai gali būti? Juk pagal pirmąjį Niutono dėsnį obuolys turi likti ramybėje. Todėl būtina patobulinti pirmojo Niutono dėsnio apibrėžimą.

Ryžiai. 14. Iliustracijos pavyzdys

Teisingas pirmojo Niutono dėsnio formulavimas skamba taip: yra atskaitos sistemos, kuriose kūnas juda tiesia linija ir tolygiai arba yra ramybės būsenoje, jei kūno neveikia jokios jėgos arba visos kūną veikiančios jėgos yra kompensuojamos.

Volodia yra neinercinėje atskaitos sistemoje, o Katya – inercinėje.

Dauguma sistemų, tikrosios atskaitos sistemos, yra neinercinės. Panagrinėkime paprastą pavyzdį: sėdėdami traukinyje ant stalo padedate kokį nors kūną (pavyzdžiui, obuolį). Traukiniui pradėjus važiuoti, stebėsime tokį įdomų vaizdą: obuolys judės, riedės priešinga traukinio judėjimui kryptimi (15 pav.). Tokiu atveju negalėsime nustatyti, kokie kūnai veikia ir priversti obuolį judėti. Šiuo atveju sakoma, kad sistema yra neinercinė. Bet jūs galite išeiti iš šios padėties įeidami inercijos jėga.

Ryžiai. 15. Neinercinio FR pavyzdys

Kitas pavyzdys: kūnui judant lenktu keliu (16 pav.), atsiranda jėga, dėl kurios kūnas nukrypsta nuo tiesios judėjimo krypties. Šiuo atveju taip pat turime apsvarstyti neinercinis atskaitos rėmas, tačiau, kaip ir ankstesniu atveju, iš padėties galime išeiti ir įvedę vadinamąją. inercijos jėgos.

Ryžiai. 16. Inercijos jėgos judant apvaliu keliu

Išvada

Egzistuoja be galo daug atskaitos sistemų, tačiau dauguma jų yra tos, kurių negalime laikyti inercinėmis atskaitos sistemomis. Inercinė atskaitos sistema yra idealizuotas modelis. Beje, su tokia atskaitos sistema galime priimti atskaitos sistemą, susietą su Žeme ar kai kuriais tolimais objektais (pavyzdžiui, su žvaigždėmis).

Bibliografija

1. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizika: vadovėlis vidurinės mokyklos 9 klasei. - M.: Švietimas.
2. Peryshkin A.V., Gutnik E.M. Fizika. 9 klasė: bendrojo lavinimo vadovėlis. institucijos / A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. - 14 leid., stereotipas. - M.: Bustard, 2009. - 300.
3. Sokolovičius Yu.A., Bogdanova G.S. Fizika: žinynas su problemų sprendimo pavyzdžiais. - 2-asis leidimas, pataisytas. - X.: Vesta: leidykla "Ranok", 2005. - 464 p.

1. Interneto portalas „physics.ru“ ()
2. Interneto portalas „ens.tpu.ru“ ()
3. Interneto portalas „prosto-o-slognom.ru“ ()

Namų darbai

1. Suformuluokite inercinių ir neinercinių atskaitos sistemų apibrėžimus. Pateikite tokių sistemų pavyzdžių.
2. Pirmasis valstijos Niutono dėsnis.
3. ISO kūnas ilsisi. Nustatykite jo greičio reikšmę ISO, kuris juda pirmojo atskaitos kadro atžvilgiu su greičiu v?

Atskaitos sistema, judanti (žvaigždžių atžvilgiu) tolygiai ir tiesia linija (t.y. pagal inerciją), vadinama inercine. Akivaizdu, kad tokių atskaitos sistemų yra nesuskaičiuojama daugybė, nes bet kuri tolygiai ir tiesia linija judanti kokia nors inercine atskaitos sistema taip pat yra inercinė.

Patirtis tai rodo

visose inercinėse atskaitos sistemose visi mechaniniai procesai vyksta lygiai taip pat (vienodomis sąlygomis).

Šią poziciją, vadinamą mechaniniu reliatyvumo principu (arba Galilėjaus reliatyvumo principu), 1636 m. suformulavo Galilėjus. Galilėjus tai paaiškino remdamasis mechaninių procesų, vykstančių ramia jūra tolygiai ir tiesia linija plaukiančio laivo kajutėje, pavyzdžiu. Stebėtojui kajutėje švytuoklės svyravimas, kūnų kritimas ir kiti mechaniniai procesai vyksta lygiai taip pat, kaip ir stovinčiame laive. Todėl stebint šiuos procesus neįmanoma nustatyti nei greičio dydžio, nei net paties laivo judėjimo fakto. Norint spręsti apie laivo judėjimą bet kokios atskaitos sistemos (pavyzdžiui, vandens paviršiaus) atžvilgiu, būtina stebėti šią sistemą (pažiūrėti, kaip tolsta ant vandens gulintys objektai ir pan.).

Iki XX amžiaus pradžios. Paaiškėjo, kad visose inercinėse atskaitos sistemose lygiai taip pat vyksta ne tik mechaniniai, bet ir šiluminiai, elektriniai, optiniai ir visi kiti procesai bei gamtos reiškiniai. Tuo remdamasis Einšteinas 1905 m. suformulavo apibendrintą reliatyvumo principą, vėliau pavadintą Einšteino reliatyvumo principu:

visose inercinėse atskaitos sistemose visi fiziniai procesai vyksta lygiai taip pat (vienodomis sąlygomis).

Šis principas kartu su principu, kad šviesos sklidimo greitis vakuume nepriklauso nuo šviesos šaltinio judėjimo (žr. § 20), sudarė specialios Einšteino sukurtos reliatyvumo teorijos pagrindą.

Niutono dėsniai ir kiti mūsų aptarti dinamikos dėsniai įgyvendinami tik inercinėse atskaitos sistemose. Neinercinėse atskaitos sistemose šie dėsniai, paprastai kalbant, nebegalioja. Pažvelkime į paprastą pavyzdį, iliustruojantį paskutinį teiginį.

Masės rutulys guli ant visiškai lygios platformos, juda tolygiai ir tiesia linija, o stebėtojas yra ant tos pačios platformos. Kitas stebėtojas stovi Žemėje netoli tos vietos, kur platforma tuoj pravažiuos. Akivaizdu, kad abu stebėtojai yra susieti su inercinėmis atskaitos sistemomis.

Tegu dabar, kai su Žeme susietas stebėtojas praeina pro šalį, platforma pradeda judėti su pagreičiu a, t.y. tampa neinercine atskaitos sistema. Tokiu atveju rutulys, kuris anksčiau buvo ramybėje platformos atžvilgiu, pradės judėti (jos atžvilgiu) pagreičiu a, priešinga kryptimi ir lygiu platformos įgytam pagreičiui. Išsiaiškinkime, kaip rutulio elgesys atrodo kiekvieno stebėtojo požiūriu.

Stebėtojui, susijusiam su inerciniu atskaitos rėmu - Žeme, rutulys ir toliau tolygiai ir tiesiai juda visiškai pagal inercijos dėsnį (nes jokios jėgos neveikia, išskyrus gravitacijos jėgą, subalansuotą atramos reakcijos). .

Stebėtojas, susietas su neinercine atskaitos sistema – platforma – mato kitokį vaizdą: rutulys pradeda judėti ir įgauna pagreitį – bet be jėgos įtakos (nes stebėtojas neaptinka jokių kitų kūnų įtakos rutuliui). kurios suteikia rutuliui pagreitį). Tai aiškiai prieštarauja inercijos dėsniui. Antrasis Niutono dėsnis taip pat nepatenkintas: jį pritaikęs stebėtojas būtų gavęs tą (jėgą) ir tai neįmanoma, nes nei a, nei a nėra lygūs nuliui.

Tačiau dinamikos dėsnius galima pritaikyti judesiams apibūdinti neinercinėse atskaitos sistemose, jei atsižvelgsime į ypatingos rūšies jėgas - inercines jėgas. Tada, mūsų pavyzdyje, stebėtojas, susijęs su platforma, gali patikėti, kad rutulys pradėjo judėti veikiamas inercinės jėgos

Inercinės jėgos įvedimas leidžia parašyti antrąjį Niutono dėsnį (ir jo pasekmes) įprasta forma (žr. § 7); tik pagal veikiančią jėgą dabar turime suprasti „įprastų“ jėgų ir inercijos jėgų rezultatą

kur yra kūno masė ir jo pagreitis.

Inercines jėgas mes vadinome „ypatingo pobūdžio jėgomis“, pirma, todėl, kad jos veikia tik neinercinėse atskaitos sistemose, antra, todėl, kad joms, skirtingai nei „įprastoms“ jėgoms, neįmanoma nurodyti, kurios kitos jėgos veikia. tie kūnai (ant atitinkamo kūno) jie yra sąlygojami. Akivaizdu, kad dėl šios priežasties trečiojo Niutono dėsnio (ir jo pasekmių) pritaikyti inercinėms jėgoms neįmanoma; tai trečiasis inercinių jėgų požymis.

Nesugebėjimas nurodyti atskirų kūnų, kurių veikimas (tam kūnui) sukelia inercines jėgas, žinoma, nereiškia, kad šių jėgų atsiradimas visiškai nesusijęs su kokių nors materialių kūnų veikimu. Yra rimtų priežasčių manyti, kad inercines jėgas sukelia visos Visatos kūnų visumos (visos Visatos masės) veikimas.

Faktas yra tas, kad tarp inercijos ir gravitacijos jėgų yra didelis panašumas: abi yra proporcingos kūno, kurią jos veikia, masei, todėl kiekvienos iš šių jėgų kūnui suteikiamas pagreitis nepriklauso. ant kūno masės. Tam tikromis sąlygomis šios jėgos iš viso negali būti atskirtos. Tarkime, pavyzdžiui, kažkur kosmose erdvėlaivis juda su pagreičiu (dėl variklių veikimo). Jame esantis astronautas patirs jėgą, prispaudžiančią jį prie laivo „grindų“ (galinės sienos judėjimo krypties atžvilgiu). Ši jėga sukurs lygiai tokį patį poveikį ir sukels astronautui tuos pačius pojūčius, kuriuos sukeltų atitinkama gravitacinė jėga.

Jei astronautas mano, kad jo laivas juda su Visatos pagreičiu, tada jį veikiančią jėgą jis vadins inercijos jėga. Jei astronautas mano, kad jo laivas stovi, o Visata skrieja pro laivą tokiu pat pagreičiu a, tada jis vadins šią jėgą gravitacijos jėga. Ir abu požiūriai bus visiškai vienodi. Joks eksperimentas, atliktas laivo viduje, negali įrodyti vieno požiūrio teisingumo, o kito klaidingumo.

Iš nagrinėjamų ir kitų panašių pavyzdžių matyti, kad pagreitintas atskaitos sistemos judėjimas yra lygiavertis (savo poveikiu kūnams) atitinkamų gravitacinių jėgų atsiradimui. Ši padėtis vadinama gravitacijos ir inercijos jėgų lygiavertiškumo principu (Einšteino lygiavertiškumo principas); Šis principas sudaro bendrosios reliatyvumo teorijos pagrindą.

Inercinės jėgos atsiranda ne tik tiesiai judančiose, bet ir besisukančiose neinercinėse atskaitos sistemose. Pavyzdžiui, ant horizontalios platformos, kuri gali suktis apie vertikalią ašį, guli masės kūnas, sujungtas su sukimosi centru O guminiu laidu (18 pav.). Jei platforma pradeda suktis kampiniu greičiu co (ir todėl virsta neinercine sistema), tada dėl trinties kūnas taip pat dalyvaus sukimosi procese. Tuo pačiu metu jis judės radialine kryptimi nuo platformos centro, kol didėjanti tempimo laido elastinė jėga sustabdys šį judėjimą. Tada kūnas pradės suktis atstumu nuo centro O.

Stebėtojo, susieto su platforma, požiūriu, rutulio judėjimas jos atžvilgiu yra dėl tam tikros jėgos. ji vadinama išcentrine inercijos jėga. Akivaizdu, kad išcentrinė inercijos jėga yra lygi ir priešinga kryptimi ištempto laido tamprumo jėgai, kuri atlieka įcentrinės jėgos, veikiančios kūną, besisukantį inercinės sistemos atžvilgiu, vaidmenį (žr. § 13). Todėl

todėl išcentrinė inercijos jėga yra proporcinga kūno atstumui nuo sukimosi ašies.

Pabrėžiame, kad išcentrinės inercijos jėgos nereikėtų painioti su „įprasta“ išcentrine jėga, minima § 13 pabaigoje. Tai skirtingo pobūdžio jėgos, veikiančios skirtingus objektus: išcentrinė inercijos jėga veikia kūną, sujungimui taikoma išcentrinė jėga.

Apibendrinant pažymime, kad iš gravitacijos ir inercijos jėgų lygiavertiškumo principo padėties pateikiamas paprastas visų išcentrinių mechanizmų veikimo paaiškinimas: siurbliai, separatoriai ir kt. (žr. § 13).

Bet koks išcentrinis mechanizmas gali būti laikomas besisukančia neinercine sistema, sukeliančia radialinės konfigūracijos gravitacinio lauko atsiradimą, kuris ribotoje srityje žymiai viršija žemės gravitacinį lauką. Šiame lauke tankesnės besisukančios terpės dalelės arba su ja silpnai susijusios dalelės juda į jos periferiją (tarsi „eina į dugną“).

Pirmasis mechanikos dėsnis arba inercijos dėsnis inercija- tai yra kūnų savybė išlaikyti greitį, kai kiti kūnai neveikia ), kaip dažnai vadinama, įsteigė Galilėjus. Tačiau Niutonas griežtai suformulavo šį dėsnį ir įtraukė jį į pagrindinius mechanikos dėsnius. Inercijos dėsnis galioja paprasčiausiam judėjimo atvejui – kūno judėjimui, kurio neveikia kiti kūnai. Tokie kūnai vadinami laisvais kūnais.

Neįmanoma atsakyti į klausimą, kaip juda laisvi kūnai, nesiremiant patirtimi. Tačiau neįmanoma atlikti nė vieno eksperimento, kuris gryna forma parodytų, kaip juda su niekuo nesąveikaujantis kūnas, nes tokių kūnų nėra. Kaip būti?

Yra tik viena išeitis. Būtina sudaryti sąlygas kūnui, kad išorinių poveikių įtaka būtų vis mažesnė, ir stebėti, prie ko tai priveda. Pavyzdžiui, galite stebėti lygaus akmens judėjimą ant horizontalaus paviršiaus po to, kai jam buvo suteiktas tam tikras greitis. (Akmens trauką prie žemės subalansuoja paviršiaus, ant kurio jis remiasi, veikimas, o jo judėjimo greitį įtakoja tik trintis.) Nesunku pastebėti, kad kuo lygesnis paviršius, tuo lėtesnis jo judėjimas. akmens greitis sumažės. Ant lygaus ledo akmuo slysta labai ilgai, pastebimai nekeisdamas greičio. Trintį galima sumažinti iki minimumo naudojant oro pagalvę – oro čiurkšles, kurios palaiko kūną virš kieto paviršiaus, kuriuo vyksta judėjimas. Šis principas naudojamas vandens transporte (laivuose su orlaiviu). Remdamiesi tokiais stebėjimais galime daryti išvadą: jei paviršius būtų idealiai lygus, tai nesant oro pasipriešinimo (vakuume) akmuo savo greičio visiškai nepakeistų. Būtent tokią išvadą „Galileo“ padarė pirmą kartą.

Kita vertus, nesunku pastebėti, kad keičiantis kūno greičiui visada aptinkama kitų kūnų įtaka jam. Iš to galime padaryti išvadą, kad kūnas, kuris yra pakankamai nutolęs nuo kitų kūnų ir dėl šios priežasties su jais nesąveikauja, juda pastoviu greičiu.

Judėjimas yra santykinis, todėl prasminga kalbėti tik apie kūno judėjimą atskaitos sistemos, susijusios su kitu kūnu, atžvilgiu. Iš karto kyla klausimas: ar laisvas kūnas judės pastoviu greičiu bet kurio kito kūno atžvilgiu? Atsakymas, žinoma, yra neigiamas. Taigi, jei Žemės atžvilgiu laisvas kūnas juda tiesia linija ir tolygiai, tai besisukančios karuselės atžvilgiu kūnas taip tikrai nejudės.

Kūnų judesių stebėjimai ir šių judesių prigimties apmąstymai leidžia daryti išvadą, kad laisvieji kūnai juda pastoviu greičiu, bent jau tam tikrų kūnų ir su jais susijusių atskaitos sistemų atžvilgiu. Pavyzdžiui, Žemės atžvilgiu. Tai yra pagrindinis inercijos dėsnio turinys.

Štai kodėl Pirmasis Niutono dėsnis galima suformuluoti taip:

Yra tokių atskaitos sistemų, kurių atžvilgiu kūnas (medžiaginis taškas), nesant jam išorinio poveikio (arba juos kompensuojant), palaiko ramybės būseną arba vienodą tiesinį judėjimą.

Inercinis atskaitos rėmas

Pirmasis Niutono dėsnis tvirtina (tai galima patikrinti eksperimentiškai su skirtingu tikslumu), kad inercinės sistemos iš tikrųjų egzistuoja. Šis mechanikos dėsnis nustato inercines atskaitos sistemas į ypatingą, privilegijuotą padėtį.

Atskaitos sistemos, kuriose tenkinamas pirmasis Niutono dėsnis, vadinami inerciniais.

Inercinės atskaitos sistemos- tai sistemos, kurių atžvilgiu materialus taškas, nesant jam išorinio poveikio ar jų tarpusavio kompensavimo, yra ramybės būsenoje arba juda tolygiai ir tiesiai.

Inercinių sistemų yra be galo daug. Atskaitos sistema, susijusi su traukiniu, judančiu pastoviu greičiu tiesia kelio atkarpa, taip pat yra inercinė sistema (apytiksliai), kaip ir su Žeme susijusi sistema. Visos inercinės atskaitos sistemos sudaro sistemų klasę, kurios viena kitos atžvilgiu juda tolygiai ir tiesia linija. Bet kurio kūno pagreičiai skirtingose ​​inercinėse sistemose yra vienodi.

Kaip nustatyti, kad tam tikra atskaitos sistema yra inercinė? Tai galima padaryti tik per patirtį. Stebėjimai rodo, kad su labai dideliu tikslumu heliocentrinę sistemą galima laikyti inercine atskaitos sistema, kurioje koordinačių pradžia siejama su Saule, o ašys nukreiptos į tam tikras „fiksuotas“ žvaigždes. Etaloninės sistemos, standžiai sujungtos su Žemės paviršiumi, griežtai tariant, nėra inercinės, nes Žemė juda orbita aplink Saulę ir tuo pat metu sukasi aplink savo ašį. Tačiau aprašant judėjimus, kurie neturi globalaus (t. y. pasaulinio) masto, su Žeme susietas atskaitos sistemas galima pakankamai tiksliai laikyti inercinėmis.

Inercinės atskaitos sistemos yra tos, kurios tolygiai ir tiesia linija juda tam tikros inercinės atskaitos sistemos atžvilgiu..

Galilėjus tai atrado jokie mechaniniai eksperimentai, atliekami inercinėje atskaitos sistemoje, negali nustatyti, ar ši sistema yra ramybės būsenoje, ar juda tolygiai ir tiesiškai. Šis teiginys vadinamas Galilėjaus reliatyvumo principas arba mechaninis reliatyvumo principas.

Šį principą vėliau sukūrė A. Einšteinas ir jis yra vienas iš specialiosios reliatyvumo teorijos postulatų. Inercinės atskaitos sistemos vaidina nepaprastai svarbų vaidmenį fizikoje, nes pagal Einšteino reliatyvumo principą bet kurio fizikos dėsnio matematinė išraiška kiekvienoje inercinėje atskaitos sistemoje turi tą pačią formą. Toliau naudosime tik inercines sistemas (kaskart to neminint).

Vadinami atskaitos rėmai, kuriuose negalioja pirmasis Niutono dėsnis neinercinis Ir.

Tokios sistemos apima bet kokią atskaitos sistemą, judančią su pagreičiu, palyginti su inercine atskaitos sistema.

Niutono mechanikoje kūnų sąveikos dėsniai suformuluoti inercinių atskaitos sistemų klasei.

Mechaninio eksperimento, kuriame pasireiškia sistemos, susijusios su Žeme, neinerciškumas, pavyzdys yra elgsena. Foucault švytuoklė. Taip vadinamas masyvus rutulys, pakabintas ant gana ilgo sriegio ir atliekantis nedidelius svyravimus aplink pusiausvyros padėtį. Jei su Žeme susijusi sistema būtų inercinė, Fuko švytuoklės svyravimo plokštuma Žemės atžvilgiu liktų nepakitusi. Iš tikrųjų švytuoklės svyravimo plokštuma sukasi dėl Žemės sukimosi, o švytuoklės trajektorijos projekcija į Žemės paviršių turi rozetės formą (1 pav.). Ryžiai. 2

Literatūra

1. Open Physics 2.5 (http://college.ru/physics/)
2. Fizika: mechanika. 10 klasė: Vadovėlis. už nuodugnų fizikos studiją / M.M. Balašovas, A.I. Gomonova, A.B. Dolitsky ir kiti; Red. G.Ya. Myakiševa. – M.: Bustard, 2002. – 496 p.

Senovės filosofai bandė suprasti judėjimo esmę, nustatyti žvaigždžių ir Saulės poveikį žmogui. Be to, žmonės visada stengėsi nustatyti jėgas, veikiančias materialųjį tašką jo judėjimo metu, taip pat ir ramybės metu.

Aristotelis manė, kad nesant judėjimo kūno neveikia jokios jėgos. Pabandykime išsiaiškinti, kurios atskaitos sistemos vadinamos inercinėmis, ir pateikime jų pavyzdžių.

Poilsio būsena

Sunku nustatyti tokią būklę kasdieniame gyvenime. Beveik visų tipų mechaniniuose judėjimuose daroma prielaida, kad yra pašalinių jėgų. Priežastis – trinties jėga, kuri daugeliui objektų neleidžia palikti pradinės padėties ir išeiti iš ramybės būsenos.

Atsižvelgdami į inercinių atskaitos sistemų pavyzdžius, pastebime, kad jos visos atitinka 1-ąjį Niutono dėsnį. Tik atradus buvo galima paaiškinti ramybės būseną ir nurodyti jėgas, veikiančias šioje būsenoje kūną.

1-ojo Niutono dėsnio teiginys

Šiuolaikiniu aiškinimu jis paaiškina koordinačių sistemų, kurių atžvilgiu galima laikyti išorinių jėgų įtakos materialiam taškui nebuvimą, egzistavimą. Niutono požiūriu atskaitos sistemos vadinamos inercinėmis, kurios leidžia svarstyti apie kūno greičio išsaugojimą per ilgą laiką.

Apibrėžimai

Kurios atskaitos sistemos yra inercinės? Jų pavyzdžiai nagrinėjami mokykliniame fizikos kurse. Inercinėmis sistemomis laikomos tos atskaitos sistemos, kurių atžvilgiu materialus taškas juda pastoviu greičiu. Niutonas patikslino, kad bet kuris kūnas gali būti panašioje būsenoje tol, kol jam nereikia taikyti jėgų, galinčių pakeisti tokią būseną.

Tiesą sakant, inercijos dėsnis tenkinamas ne visais atvejais. Analizuodami inercinių ir neinercinių atskaitos sistemų pavyzdžius, apsvarstykite asmenį, laikantį turėklus judančioje transporto priemonėje. Kai automobilis staigiai stabdo, žmogus automatiškai juda transporto priemonės atžvilgiu, nepaisant išorinės jėgos nebuvimo.

Pasirodo, ne visi inercinės atskaitos sistemos pavyzdžiai atitinka 1-ojo Niutono dėsnio formuluotę. Inercijos dėsniui patikslinti buvo įvesta rafinuota nuoroda, kurioje ji nepriekaištingai įvykdyta.

Atskaitos sistemų tipai

Kokios atskaitos sistemos vadinamos inercinėmis? Tai netrukus paaiškės. „Pateikite inercinių atskaitos sistemų, kuriose tenkinamas 1-asis Niutono dėsnis, pavyzdžius“ – panaši užduotis siūloma moksleiviams, pasirinkusiems fiziką kaip egzaminą devintoje klasėje. Norint susidoroti su užduotimi, būtina suprasti inercines ir neinercines atskaitos sistemas.

Inercija apima ramybės arba vienodo tiesinio kūno judėjimo palaikymą tol, kol kūnas yra izoliuotas. „Izoliuotais“ laikomi kūnai, kurie nėra sujungti, nesąveikauja ir yra nutolę vienas nuo kito.

Pažvelkime į keletą inercinių atskaitos sistemų pavyzdžių. Jei atskaitos rėmą laikysime žvaigžde Galaktikoje, o ne judančiu autobusu, keleivių, besilaikančių už turėklų, inercijos dėsnio įvykdymas bus nepriekaištingas.

Stabdymo metu ši transporto priemonė tolygiai judės tiesia linija, kol ją nepaveiks kiti kūnai.

Kokie yra inercinės atskaitos sistemos pavyzdžiai? Jie neturėtų turėti ryšio su analizuojamu kūnu arba turėti įtakos jo inercijai.

Būtent tokioms sistemoms tenkinamas 1-asis Niutono dėsnis. Realiame gyvenime sunku atsižvelgti į kūno judėjimą, palyginti su inercinėmis atskaitos sistemomis. Neįmanoma patekti į tolimą žvaigždę, kad būtų galima su ja atlikti žemiškus eksperimentus.

Žemė laikoma įprastine atskaitos sistema, nepaisant to, kad ji yra susijusi su ant jos esančiais objektais.

Pagreitis inercinėje atskaitos sistemoje gali būti apskaičiuojamas, jei atskaitos sistema laikome Žemės paviršių. Fizikoje nėra matematinio 1-ojo Niutono dėsnio vaizdavimo, tačiau jis yra daugelio fizikinių apibrėžimų ir terminų išvedimo pagrindas.

Inercinių atskaitos sistemų pavyzdžiai

Mokiniams kartais sunku suprasti fizinius reiškinius. Devintokams siūloma tokio turinio užduotis: „Kokios atskaitos sistemos vadinamos inercinėmis? Pateikite tokių sistemų pavyzdžių“. Tarkime, kad vežimėlis su kamuoliuku iš pradžių juda lygiu paviršiumi pastoviu greičiu. Tada jis juda išilgai smėlio, todėl rutulys pradedamas pagreitinti judėjimą, nepaisant to, kad jo neveikia jokios kitos jėgos (jų bendras poveikis lygus nuliui).

To, kas vyksta, esmę galima paaiškinti tuo, kad judant smėlėtu paviršiumi sistema nustoja būti inercija, jos greitis yra pastovus. Inercinių ir neinercinių atskaitos sistemų pavyzdžiai rodo, kad jų perėjimas įvyksta per tam tikrą laikotarpį.

Kai kėbulas įsibėgėja, jo pagreitis turi teigiamą reikšmę, o stabdant šis indikatorius tampa neigiamas.

Kreivinis judėjimas

Palyginti su žvaigždėmis ir Saule, Žemės judėjimas vyksta kreivine trajektorija, kuri turi elipsės formą. Atskaitos sistema, kurios centras yra sulygiuotas su Saule, o ašys nukreiptos į tam tikras žvaigždes, bus laikoma inercine.

Atkreipkite dėmesį, kad bet kuri atskaitos sistema, kuri judės tiesiai ir tolygiai heliocentrinės sistemos atžvilgiu, yra inercinė. Kreivinis judėjimas atliekamas su tam tikru pagreičiu.

Atsižvelgiant į tai, kad Žemė juda aplink savo ašį, atskaitos rėmas, susietas su jos paviršiumi, palyginti su heliocentriniu, juda su tam tikru pagreičiu. Esant tokiai situacijai, galime daryti išvadą, kad atskaitos rėmas, susietas su Žemės paviršiumi, juda su pagreičiu heliocentrinio atžvilgiu, todėl jo negalima laikyti inercine. Tačiau tokios sistemos pagreičio vertė yra tokia maža, kad daugeliu atvejų tai daro didelę įtaką su ja susijusių mechaninių reiškinių specifikai.

Sprendžiant praktines techninio pobūdžio problemas, atskaitos sistemą, kuri standžiai sujungta su Žemės paviršiumi, įprasta laikyti inercine.

Galilėjaus reliatyvumo teorija

Visos inercinės atskaitos sistemos turi svarbią savybę, kurią apibūdina reliatyvumo principas. Jo esmė slypi tame, kad bet koks mechaninis reiškinys tomis pačiomis pradinėmis sąlygomis vykdomas vienodai, nepriklausomai nuo pasirinktos atskaitos sistemos.

ISO lygybė pagal reliatyvumo principą išreiškiama šiomis nuostatomis:

• Tokiose sistemose jos yra vienodos, todėl bet kuri jų aprašyta lygtis, išreikšta koordinatėmis ir laiku, lieka nepakitusi.
• Atliktų mechaninių eksperimentų rezultatai leidžia nustatyti, ar etaloninė sistema bus ramybės būsenoje, ar atliks tiesinį tolygų judesį. Bet kuri sistema gali būti sąlygiškai pripažinta stacionaria, jei kita sistema juda jos atžvilgiu tam tikru greičiu.
• Mechanikos lygtys išlieka nepakitusios koordinačių transformacijų atžvilgiu, kai pereinama iš vienos sistemos į antrą. Galima apibūdinti tą patį reiškinį skirtingose ​​sistemose, tačiau jų fizinė prigimtis nepasikeis.

Problemų sprendimas

Pirmas pavyzdys.

Nustatykite, ar inercinė atskaitos sistema yra: a) dirbtinis Žemės palydovas; b) vaikų patrauklumas.

Atsakymas. Pirmuoju atveju nekalbama apie inercinį atskaitos rėmą, nes palydovas juda orbitoje veikiamas gravitacijos jėgos, todėl judėjimas vyksta su tam tikru pagreičiu.

Antras pavyzdys.

Pranešimų sistema yra tvirtai prijungta prie lifto. Kokiose situacijose ji gali būti vadinama inercija? Jei liftas: a) nukrenta; b) tolygiai juda aukštyn; c) greitai kyla; d) yra tolygiai nukreiptas žemyn.

Atsakymas. a) Laisvo kritimo metu atsiranda pagreitis, todėl atskaitos sistema, susijusi su liftu, nebus inercinė.

b) Kai liftas juda tolygiai, sistema yra inercinė.

c) Judant su tam tikru pagreičiu atskaitos sistema laikoma inercine.

d) Liftas juda lėtai ir turi neigiamą pagreitį, todėl atskaitos rėmas negali būti vadinamas inerciniu.

Išvada

Visą savo egzistavimo laiką žmonija bandė suprasti gamtoje vykstančius reiškinius. Judėjimo reliatyvumą bandė paaiškinti Galilėjus Galilėjus. Isaacui Newtonui pavyko išvesti inercijos dėsnį, kuris buvo pradėtas naudoti kaip pagrindinis postulatas atliekant skaičiavimus mechanikoje.

Šiuo metu kūno padėties nustatymo sistema apima kūną, laiko nustatymo įrenginį ir koordinačių sistemą. Priklausomai nuo to, ar kūnas juda, ar stovi, galima apibūdinti tam tikro objekto padėtį norimu laiko periodu.

Nuo seniausių laikų materialių kūnų judėjimas nenustojo jaudinti mokslininkų protų. Pavyzdžiui, pats Aristotelis manė, kad jei kūno neveikia jokios jėgos, toks kūnas visada bus ramybėje.

Ir tik po 2000 metų italų mokslininkas Galileo Galilei sugebėjo neįtraukti žodžio „visada“ iš Aristotelio formuluotės. Galilėjus suprato, kad kūno ramybė nėra vienintelė išorinių jėgų nebuvimo pasekmė.

Tada Galilėjus paskelbė: kūnas, ant kurio neveikia jokios jėgos, bus ramybėje arba judės tolygiai tiesia linija. Tai yra, judėjimas tuo pačiu greičiu tiesiu keliu, fizikos požiūriu, yra tolygus ramybės būsenai.

Kas yra ramybės būsena?

Gyvenime šį faktą labai sunku pastebėti, nes visada yra trinties jėga, neleidžianti daiktams ir daiktams palikti savo vietas. Bet jei įsivaizduosite be galo ilgą, absoliučiai slidžią ir lygią čiuožyklą, ant kurios stovi kūnas, taps akivaizdu, kad kūnui suteikus impulsą, kūnas judės neribotai ir viena tiesia linija.

Iš tiesų, kūną veikia tik dvi jėgos: gravitacija ir žemės reakcijos jėga. Bet jie yra toje pačioje tiesioje linijoje ir nukreipti vienas prieš kitą. Taigi, pagal superpozicijos principą, turime, kad bendra jėga, veikianti tokį kūną, yra lygi nuliui.

Tačiau tai idealus atvejis. Gyvenime trinties jėga pasireiškia beveik visais atvejais. Galilėjus padarė svarbų atradimą, sulygindamas ramybės būseną ir judėjimą pastoviu greičiu tiesia linija. Tačiau šito nepakako. Paaiškėjo, kad ši sąlyga tenkinama ne visais atvejais.

Šį klausimą išaiškino Izaokas Niutonas, apibendrinęs Galilėjaus tyrimus ir taip suformulavęs pirmąjį Niutono dėsnį.

Pirmasis Niutono dėsnis: mes patys jį suformuluojame

Yra dvi pirmojo Niutono dėsnio formuluotės: šiuolaikinė ir paties Izaoko Niutono formuluotė. Pradiniame variante pirmasis Niutono dėsnis buvo kiek netikslus, o šiuolaikinė versija, bandant ištaisyti šį netikslumą, pasirodė labai paini ir todėl nesėkminga. Na, o tiesa visada kažkur šalia, pabandysime ją surasti „netoliese“ ir išsiaiškinti, koks tai dėsnis.

Šiuolaikinė formuluotė skamba taip: „Yra tokių atskaitos sistemų, vadinamų inercinėmis, kurių atžvilgiu materialus taškas, nesant išorinės įtakos, neribotą laiką išlaiko savo greičio dydį ir kryptį“.

Inercinės atskaitos sistemos

Inercinės atskaitos sistemos yra tos, kuriose laikomasi inercijos dėsnio. Inercijos dėsnis yra toks, kad kūnai išlaiko savo greitį nepakitusią, jei jų neveikia kiti kūnai. Pasirodo, labai nesuprantama, nesuprantama ir primenanti komišką situaciją, kai kyla klausimas: „Kur tai „čia“? Jie atsako: „Čia“ ir į kitą logišką klausimą: „Kur yra „čia“? Jie atsako: „Tai čia“. Sviesto aliejus. Užburtas ratas.

Paties Niutono formuluotė ar tai: „Kiekvienas kūnas išlieka ramybės būsenoje arba tolygiai ir tiesiai juda tol, kol ir nebent jį privers panaudotos jėgos pakeisti tą būseną..

Tačiau praktikoje šio įstatymo ne visada laikomasi. Tai galite lengvai patikrinti. Kai važiuojančiame autobuse žmogus stovi nesilaikydamas už turėklų, o autobusas staiga stabdo, žmogus pradeda judėti į priekį autobuso atžvilgiu, nors jokia matoma jėga neverčia to daryti.

Tai yra, kalbant apie autobusą, pirmasis Niutono dėsnis pirminėje formuluotėje nėra patenkintas. Akivaizdu, kad reikia paaiškinimo. Paaiškinimas yra inercinių atskaitos sistemų įvedimas. Tai yra, tokios atskaitos sistemos, kuriose tenkinamas pirmasis Niutono dėsnis. Tai nėra iki galo aišku, tad pabandykime visa tai išversti į žmonių kalbą.

Inercinės ir neinercinės atskaitos sistemos

Bet kurio kūno inercijos savybė yra tokia, kad tol, kol kūnas bus izoliuotas nuo kitų kūnų, jis išlaikys ramybės būseną arba tolygų tiesinį judėjimą. „Izoliuotas“ reiškia niekaip nesusijungęs, be galo nutolęs nuo kitų kūnų.

Praktiškai tai reiškia, kad jei mūsų pavyzdyje atskaitos sistema laikysime ne autobusą, o kokią nors žvaigždę Galaktikos pakraštyje, tai pirmasis Niutono dėsnis bus visiškai tiksliai įvykdytas neatsargiam keleiviui, kuris nesilaiko už rankos. turėklai. Kai autobusas stabdo, jis tęs tolygų judėjimą tol, kol jį paveiks kiti kūnai.

Tokios atskaitos sistemos, kurios niekaip nesusijusios su nagrinėjamu kūnu ir niekaip neįtakoja kūno inercijos, vadinamos inercinėmis. Tokioms atskaitos sistemoms pirmasis Niutono dėsnis pirminėje formuluotėje yra visiškai tinkamas.

Toks yra įstatymas galima suformuluoti taip: atskaitos sistemose, kurios visiškai nesusijusios su kūnu, kūno greitis, kai nėra išorinio poveikio, išlieka nepakitęs. Šia forma pirmasis Niutono dėsnis yra lengvai suprantamas.

Problema ta, kad praktiškai labai sunku įvertinti konkretaus kūno judėjimą, palyginti su tokiomis atskaitos sistemomis. Negalime persikelti į be galo tolimą žvaigždę ir iš ten atlikti jokių eksperimentų Žemėje.

Todėl Žemė sutartinai dažnai laikoma tokia atskaitos sistema, nors ji yra susijusi su joje esančiais kūnais ir turi įtakos jų judėjimo ypatybėms. Tačiau daugeliui skaičiavimų šio aproksimavimo pakanka. Todėl inercinių atskaitos sistemų pavyzdžiais galima laikyti Žemę joje esantiems kūnams, Saulės sistemą jos planetoms ir pan.

Pirmasis Niutono dėsnis nėra aprašytas jokia fizine formule, tačiau iš jo išvedamos kitos sąvokos ir apibrėžimai. Iš esmės šis dėsnis postuluoja kūnų inerciją. Taigi paaiškėja, kad inercinėms atskaitos sistemoms inercijos dėsnis yra pirmasis Niutono dėsnis.

Daugiau inercinių sistemų ir pirmojo Niutono dėsnio pavyzdžių

Taigi, pavyzdžiui, jei vežimėlis su kamuoliu juda iš pradžių lygiu paviršiumi pastoviu greičiu, o paskui važiuoja ant smėlio paviršiaus, tada vežimėlyje esantis rutulys pradės greitėti, nors jo neveikia jokios jėgos ( Tiesą sakant, jie tai daro, bet jų suma lygi nuliui).

Taip atsitinka todėl, kad atskaitos sistema (šiuo atveju vežimėlis) tuo momentu, kai atsitrenkia į smėlėtą paviršių, tampa neinercinė, tai yra nustoja judėti pastoviu greičiu.

Pirmasis Niutono dėsnis daro svarbų skirtumą tarp inercinių ir neinercinių atskaitos sistemų. Kita svarbi šio dėsnio pasekmė yra tai, kad pagreitis tam tikra prasme yra svarbesnis už kūno greitį.

Nes judėjimas pastoviu greičiu tiesia linija yra ramybė. Tuo tarpu judėjimas su pagreičiu aiškiai rodo, kad arba kūnui veikiančių jėgų suma nėra lygi nuliui, arba pati atskaitos sistema, kurioje yra kūnas, yra neinercinė, tai yra, jis juda su pagreičiu.

Be to, pagreitis gali būti teigiamas (kūnas įsibėgėja) arba neigiamas (kūnas sulėtėja).

Reikia pagalbos studijuojant?