Atalet referans sistemi. Eylemsiz olmayan referans çerçevesi: tanım, örnekler

“Ataletsel referans sistemleri” konusuna adanmış bir video dersini dikkatinize sunuyoruz. Newton'un birinci yasası" 9. sınıf okul fizik dersinde yer almaktadır. Dersin başında öğretmen size seçilen referans çerçevesinin önemini hatırlatacaktır. Daha sonra seçilen referans sisteminin doğruluğundan ve özelliklerinden bahsedecek, ayrıca “atalet” kavramını da açıklayacaktır.

Önceki dersimizde bir referans çerçevesi seçmenin öneminden bahsetmiştik. Yörüngenin, kat edilen mesafenin ve hızın CO'yu nasıl seçtiğimize bağlı olacağını size hatırlatalım. Referans sisteminin seçimiyle ilişkili bir dizi başka özellik daha var ve bunlar hakkında konuşacağız.

Pirinç. 1. Düşen yükün yörüngesinin referans sistem seçimine bağlılığı

Yedinci sınıfta “eylemsizlik” ve “eylemsizlik” kavramlarını işlediniz.

Eylemsizlik - Bu fenomen Vücudun orijinal durumunu koruma eğiliminde olduğu. Eğer vücut hareket ediyorsa bu hareketin hızını korumaya çalışmalıdır. Ve eğer hareketsizse, dinlenme durumunu korumaya çalışacaktır.

Eylemsizlik - Bu mülk cisimler hareket durumunu korur. Ataletin özelliği kütle gibi bir miktarla karakterize edilir. Ağırlık – vücut eylemsizliğinin ölçüsü. Vücut ne kadar ağır olursa, onu hareket ettirmek veya tam tersine durdurmak o kadar zor olur.

Lütfen bu kavramların doğrudan " kavramıyla ilgili olduğunu unutmayın. eylemsiz referans çerçevesi"(ISO), aşağıda tartışılacaktır.

Bir cismin hareketini (ya da dinlenme durumunu), cismin diğer cisimler tarafından etki altına alınmadığı durumda ele alalım. Diğer cisimlerin hareketi olmadığında bir cismin nasıl davranacağına ilişkin sonuç ilk olarak Rene Descartes tarafından önerilmiş (Şekil 2) ve Galileo'nun deneylerinde devam etmiştir (Şekil 3).

Pirinç. 2. Rene Descartes

Pirinç. 3. Galileo Galilei

Bir cisim hareket ederse ve diğer cisimler ona etki etmezse, o zaman hareket korunacak, doğrusal ve tekdüze kalacaktır. Eğer diğer cisimler vücuda etki etmiyorsa ve vücut hareketsizse, dinlenme durumu korunacaktır. Ancak dinlenme durumunun bir referans sistemiyle ilişkili olduğu bilinmektedir: Bir referans çerçevesinde vücut hareketsizdir, diğerinde ise oldukça başarılı ve hızlandırılmış bir hızla hareket eder. Deneylerin ve akıl yürütmenin sonuçları, tüm referans sistemlerinde bir cismin doğrusal ve düzgün bir şekilde hareket etmeyeceği veya diğer cisimlerin onun üzerinde etkisi olmadığında hareketsiz kalacağı sonucuna varmaktadır.

Sonuç olarak mekaniğin temel sorununu çözmek için eylemsizlik yasasının hala sağlandığı, cismin hareketindeki değişikliğe neden olan nedenin açık olduğu bir raporlama sisteminin seçilmesi önemlidir. Eğer cisim, diğer cisimlerin hareketinin yokluğunda doğrusal ve düzgün bir şekilde hareket ediyorsa, böyle bir referans çerçevesi bizim için tercih edilecektir. eylemsiz referans sistemi(ISO).

Aristoteles'in hareketin nedeni hakkındaki görüşü

Eylemsiz referans çerçevesi, bir cismin hareketini ve bu harekete neden olan nedenleri açıklamak için uygun bir modeldir. Bu kavram ilk olarak Isaac Newton sayesinde ortaya çıktı (Şekil 5).

Pirinç. 5. Isaac Newton (1643-1727)

Eski Yunanlılar hareketi tamamen farklı bir şekilde hayal ettiler. Aristoteles'in harekete bakış açısını tanıyacağız (Şekil 6).

Pirinç. 6. Aristoteles

Aristoteles'e göre yalnızca tek bir eylemsiz referans çerçevesi vardır; Dünya ile ilişkili referans çerçevesi. Aristoteles'e göre diğer tüm referans sistemleri ikincildir. Buna göre tüm hareketler iki türe ayrılabilir: 1) doğal, yani Dünya tarafından iletilenler; 2) zorla, yani diğer herkes.

Doğal hareketin en basit örneği, bir cismin Dünya'ya serbest düşüşüdür, çünkü bu durumda Dünya vücuda hız verir.

Zorunlu hareketin bir örneğine bakalım. Bu bir atın arabayı çekme durumudur. At kuvvet uygularken araba da hareket etmektedir (Şek. 7). At durunca araba da durdu. Güç yok, hız yok. Aristoteles'e göre bir cisimde hızın varlığını açıklayan şey kuvvettir.

Pirinç. 7. Zorunlu hareket

Şimdiye kadar bazı sıradan insanlar Aristoteles'in bakış açısının adil olduğunu düşünüyor. Örneğin, "Dünya Savaşı Sırasında İyi Asker Schweik'in Maceraları"ndan Albay Friedrich Kraus von Zillergut, "Güç yoksa hız da yoktur" ilkesini göstermeye çalıştı: "Benzin bittiğinde" dedi albay, " otomobil durmak zorunda kaldı. Bunu dün bizzat gördüm. Ondan sonra hala ataletten bahsediyorlar beyler. Gitmiyor, orada duruyor, hareket etmiyor. Benzin yok! Komik değil mi?”

Hayranların olduğu modern şov dünyasında olduğu gibi, her zaman eleştirmenler de olacaktır. Aristoteles'in de eleştirmenleri vardı. Ona şu deneyi yapmasını önerdiler: Cesedi serbest bırakırsanız, tam olarak onu bıraktığımız yerin altına düşecektir. Çağdaşlarının örneklerine benzer şekilde Aristoteles'in teorisine yönelik eleştirilere bir örnek verelim. Uçan bir uçağın bomba attığını düşünün (Şekil 8). Bomba tam olarak bıraktığımız yerin altına mı düşecek?

Pirinç. 8. Örnek olarak illüstrasyon

Tabii ki değil. Ancak bu doğal bir harekettir; Dünya tarafından iletilen bir hareket. Peki bu bombanın ilerlemesini sağlayan şey nedir? Aristoteles şu şekilde cevap verdi: Gerçek şu ki, Dünya'nın sağladığı doğal hareket doğrudan aşağıya doğru düşüyor. Ancak havada hareket ederken bomba türbülansı tarafından sürükleniyor ve bu türbülanslar bombayı ileri doğru itiyor gibi görünüyor.

Hava çıkarılıp bir vakum yaratılırsa ne olur? Sonuçta, eğer hava yoksa Aristoteles'e göre bombanın tam olarak atıldığı yerin altına düşmesi gerekir. Aristoteles hava yoksa böyle bir durumun mümkün olduğunu savundu ama aslında doğada boşluk yok, boşluk yok. Ve eğer boşluk yoksa sorun da yoktur.

Ve yalnızca Galileo Galilei, atalet ilkesini alıştığımız biçimde formüle etti. Hızdaki değişimin nedeni diğer cisimlerin vücut üzerindeki etkisidir. Eğer diğer cisimler cisme etki etmezse veya bu etki telafi edilirse cismin hızı değişmeyecektir.

Eylemsiz referans çerçevesiyle ilgili olarak aşağıdaki değerlendirmeler yapılabilir. Bir arabanın hareket ettiği, ardından sürücünün motoru kapattığı ve ardından arabanın ataletle hareket ettiği bir durumu hayal edin (Şekil 9). Ancak bu, sürtünmenin bir sonucu olarak zamanla arabanın duracağı gibi basit bir nedenden dolayı yanlış bir ifadedir. Dolayısıyla bu durumda tek biçimli hareket olmayacaktır; koşullardan biri eksiktir.

Pirinç. 9. Sürtünme sonucu arabanın hızı değişir

Başka bir durumu ele alalım: Büyük, büyük bir traktör sabit bir hızla hareket ederken önde büyük bir yükü kepçeyle sürüklüyor. Bu tür bir hareket doğrusal ve tekdüze olarak kabul edilebilir, çünkü bu durumda vücuda etki eden tüm kuvvetler dengelenir ve birbirini dengeler (Şekil 10). Bu, bu cisimle ilişkili referans çerçevesinin eylemsiz olarak kabul edilebileceği anlamına gelir.

Pirinç. 10. Traktör dengeli ve düz bir çizgide hareket eder. Tüm organların eylemi telafi edilir

Çok sayıda eylemsiz referans sistemi olabilir. Gerçekte böyle bir referans sistemi hala idealleştirilmiştir, çünkü daha yakından incelendiğinde tam anlamıyla böyle bir referans sistemi yoktur. ISO, gerçek fiziksel süreçleri etkili bir şekilde simüle etmenize olanak tanıyan bir tür idealleştirmedir.

Ataletsel referans sistemleri için Galileo'nun hızları toplama formülü geçerlidir. Ayrıca, daha önce bahsettiğimiz tüm referans sistemlerinin bazı yaklaşımlara göre eylemsiz olarak kabul edilebileceğini de not ediyoruz.

ISO'ya adanan yasa ilk olarak Isaac Newton tarafından formüle edildi. Newton'un değeri, hareket eden bir cismin hızının anında değişmediğini, zaman içindeki bir eylemin sonucu olarak değiştiğini bilimsel olarak gösteren ilk kişi olmasında yatmaktadır. Bu gerçek, Newton'un birinci yasası dediğimiz yasanın ortaya çıkmasının temelini oluşturdu.

Newton'un ilk yasası : Cismin doğrusal ve düzgün bir şekilde hareket ettiği veya cisme herhangi bir kuvvet etki etmediğinde veya cisme etki eden tüm kuvvetlerin karşılandığı durumlarda hareketsiz kaldığı bu tür referans sistemleri vardır. Bu tür referans sistemlerine atalet denir.

Başka bir deyişle bazen şunu söylerler: Eylemsiz bir referans çerçevesi, Newton yasalarının karşılandığı bir sistemdir.

Dünya neden eylemsiz olmayan bir CO'dur? Foucault sarkacı

Çok sayıda problemde, Dünya'yı eylemsiz bir referans çerçevesi olarak değerlendirirken, bir cismin Dünya'ya göre hareketini dikkate almak gerekir. Bu ifadenin her zaman doğru olmadığı ortaya çıktı. Dünyanın kendi eksenine veya yıldızlara göre hareketini dikkate alırsak, bu hareket bir miktar ivme ile gerçekleşir. Belli bir ivmeyle hareket eden CO, tam anlamıyla atalet olarak kabul edilemez.

Dünyanın kendi ekseni etrafında dönmesi, yüzeyinde bulunan tüm noktaların sürekli olarak hızlarının yönünü değiştirmesi anlamına gelir. Hız vektörel bir büyüklüktür. Yönü değişirse, bir miktar hızlanma ortaya çıkar. Bu nedenle Dünya doğru bir ISO olamaz. Bu ivmeyi ekvator üzerinde bulunan noktalar (kutuplara daha yakın olan noktalara göre maksimum ivmeye sahip noktalar) için hesaplarsak değeri olacaktır. İndeks ivmenin merkezcil olduğunu göstermektedir. Yerçekiminden kaynaklanan ivmeyle karşılaştırıldığında ivme ihmal edilebilir ve Dünya eylemsiz bir referans çerçevesi olarak düşünülebilir.

Ancak uzun vadeli gözlemler sırasında Dünya'nın dönüşünü unutamazsınız. Bu, Fransız bilim adamı Jean Bernard Leon Foucault tarafından ikna edici bir şekilde gösterilmiştir (Şekil 11).

Pirinç. 11.Jean Bernard Leon Foucault (1819-1868)

Foucault sarkacı(Şekil 12) - çok uzun bir ipe asılı devasa bir ağırlıktır.

Pirinç. 12. Foucault sarkaç modeli

Foucault sarkacının dengesi bozulursa, düz bir çizgi dışında aşağıdaki yörüngeyi tanımlayacaktır (Şekil 13). Sarkacın yer değiştirmesi Dünya'nın dönmesinden kaynaklanır.

Pirinç. 13. Foucault sarkacının salınımları. Yukarıdan bak.

Dünyanın dönüşü bir takım başka ilginç gerçeklerden kaynaklanmaktadır. Örneğin, kuzey yarımküredeki nehirlerde, kural olarak, sağ kıyı daha dik, sol kıyı ise daha düzdür. Güney yarımküredeki nehirlerde ise durum tam tersidir. Bütün bunlar tam olarak Dünya'nın dönmesinden ve bunun sonucunda ortaya çıkan Coriolis kuvvetinden kaynaklanmaktadır.

Newton'un birinci yasasının formülasyonu sorunu üzerine

Newton'un ilk yasası: Eğer hiçbir cisim cisme etki etmiyorsa veya bunların hareketleri karşılıklı olarak dengeleniyorsa (telafi edilmişse), o zaman bu cisim hareketsiz olacaktır veya düzgün ve doğrusal olarak hareket edecektir.

Newton'un birinci yasasının bu formülasyonunun düzeltilmesi gerektiğini bize gösterecek bir durumu ele alalım. Perdeli pencereleri olan bir tren hayal edin. Böyle bir trende yolcu dışarıdaki nesnelere bakarak trenin hareket edip etmediğini tespit edemez. İki referans sistemini ele alalım: Yolcu Volodya ile ilişkili СО ve Katya platformundaki gözlemciyle ilişkili СО. Tren hızlanmaya başlar, hızı artar. Masanın üzerindeki elmaya ne olacak? Atalet nedeniyle ters yönde yuvarlanacaktır. Katya için elmanın ataletle hareket ettiği açık olacak, ancak Volodya için bu anlaşılmaz olacak. Trenin hareket etmeye başladığını görmüyor ve birden masanın üzerinde duran bir elma ona doğru yuvarlanmaya başlıyor. Bu nasıl olabilir? Sonuçta Newton'un birinci yasasına göre elmanın hareketsiz kalması gerekiyor. Bu nedenle Newton'un birinci yasasının tanımının iyileştirilmesi gerekmektedir.

Pirinç. 14. İllüstrasyon örneği

Newton'un birinci yasasının doğru formülasyonu kulağa şöyle geliyor: cismin doğrusal ve düzgün bir şekilde hareket ettiği veya cisme herhangi bir kuvvet etki etmediğinde veya cisme etki eden tüm kuvvetlerin dengelendiği durumlarda hareketsiz kaldığı referans sistemleri vardır.

Volodya eylemsiz olmayan bir referans çerçevesindedir ve Katya eylemsiz bir referans çerçevesindedir.

Gerçek referans sistemleri olan sistemlerin çoğu eylemsizdir. Basit bir örnek düşünelim: trende otururken masanın üzerine bir cisim (örneğin bir elma) koyarsınız. Tren hareket etmeye başladığında şu ilginç tabloyla karşılaşacağız: Elma hareket edecek, trenin hareketinin tersi yönde yuvarlanacak (Şekil 15). Bu durumda hangi cisimlerin hareket ettiğini ve elmayı hareket ettirdiğini tespit edemeyiz. Bu durumda sistemin eylemsiz olduğu söylenir. Ancak girerek bu durumdan çıkabilirsiniz. eylemsizlik kuvveti.

Pirinç. 15. Eylemsiz olmayan FR örneği

Başka bir örnek: Bir cisim kavisli bir yol boyunca hareket ettiğinde (Şekil 16), vücudun düz hareket yönünden sapmasına neden olan bir kuvvet ortaya çıkar. Bu durumda şunu da düşünmeliyiz eylemsiz referans çerçevesi ama önceki durumda olduğu gibi sözde şeyi tanıtarak da durumdan kurtulabiliriz. atalet kuvvetleri.

Pirinç. 16. Yuvarlak bir yol boyunca hareket ederken atalet kuvvetleri

Çözüm

Sonsuz sayıda referans sistemi vardır ancak bunların çoğu eylemsiz referans sistemi olarak değerlendiremeyeceğimiz sistemlerdir. Eylemsiz bir referans çerçevesi idealleştirilmiş bir modeldir. Bu arada, böyle bir referans sistemi ile Dünya'ya veya bazı uzak nesnelere (örneğin yıldızlara) ilişkin bir referans sistemini kabul edebiliriz.

Kaynakça

1. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizik: Lise 9. sınıf ders kitabı. - M.: Aydınlanma.
2. Peryshkin A.V., Gutnik E.M. Fizik. 9. sınıf: genel eğitim ders kitabı. kurumlar / A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. - 14. baskı, stereotip. - M .: Bustard, 2009. - 300.
3. Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. Fizik: Problem çözme örnekleri içeren bir referans kitabı. - 2. baskı, revizyon. - X .: Vesta: "Ranok" Yayınevi, 2005. - 464 s.

1. İnternet portalı “physics.ru” ()
2. İnternet portalı “ens.tpu.ru” ()
3. İnternet portalı “prosto-o-slognom.ru” ()

Ev ödevi

1. Eylemsiz ve eylemsiz referans sistemlerinin tanımlarını formüle edin. Bu tür sistemlere örnekler veriniz.
2. Durum Newton'un birinci yasası.
3. ISO'da vücut hareketsizdir. Hızla ilk referans karesine göre hareket eden ISO'daki hızının değerini belirleyin. v?

(Yıldızlara göre) düzgün ve doğrusal olarak (yani eylemsizlikle) hareket eden bir referans sistemine eylemsizlik denir. Bu tür referans sistemlerinin sayısız olduğu açıktır, çünkü eylemsiz bir referans sistemine göre düzgün ve doğrusal olarak hareket eden herhangi bir sistem aynı zamanda eylemsizdir. Hızla hareket eden (eylemsizlik çerçevesine göre) referans sistemlerine eylemsiz denir.

Tecrübe şunu gösteriyor

tüm eylemsiz referans sistemlerinde, tüm mekanik işlemler tamamen aynı şekilde (aynı koşullar altında) ilerler.

Mekanik görelilik ilkesi (veya Galileo'nun görelilik ilkesi) olarak adlandırılan bu konum, 1636'da Galileo tarafından formüle edildi. Galileo bunu sakin bir denizde eşit ve doğrusal bir şekilde seyreden bir geminin kabininde meydana gelen mekanik süreçler örneğini kullanarak açıkladı. Kabindeki bir gözlemci için sarkacın salınımı, cisimlerin düşmesi ve diğer mekanik süreçler, sabit bir gemidekiyle tamamen aynı şekilde ilerler. Bu nedenle, bu süreçleri gözlemleyerek ne hızın büyüklüğünü, ne de geminin hareketinin gerçekliğini tespit etmek imkansızdır. Herhangi bir referans sistemine (örneğin su yüzeyine) göre geminin hareketini yargılamak için bu sistemi gözlemlemek gerekir (su üzerinde yatan nesnelerin nasıl uzaklaştığını vb. görün).

20. yüzyılın başlarında. Sadece mekanik değil, aynı zamanda termal, elektriksel, optik ve diğer tüm süreçlerin ve doğa olaylarının tüm eylemsiz referans sistemlerinde tamamen aynı şekilde gerçekleştiği ortaya çıktı. Bu temelde Einstein, 1905'te daha sonra Einstein'ın görelilik ilkesi olarak anılacak olan genelleştirilmiş görelilik ilkesini formüle etti:

tüm eylemsiz referans sistemlerinde, tüm fiziksel süreçler tamamen aynı şekilde (aynı koşullar altında) ilerler.

Bu ilke, ışığın boşlukta yayılma hızının ışık kaynağının hareketinden bağımsız olduğu ilkesiyle birlikte (bkz. § 20), Einstein tarafından geliştirilen özel görelilik teorisinin temelini oluşturdu.

Newton yasaları ve ele aldığımız diğer dinamik yasaları yalnızca eylemsiz referans çerçevelerinde yerine getirilir. Eylemsiz referans sistemlerinde, genel anlamda bu yasalar artık geçerli değildir. Son ifadeyi açıklamak için basit bir örneğe bakalım.

Bir kütle topu tamamen pürüzsüz bir platform üzerinde, düzgün ve düz bir çizgide hareket ederek uzanır ve aynı platform üzerinde bir gözlemci bulunur. Başka bir gözlemci Dünya'da platformun geçmek üzere olduğu yerin yakınında duruyor. Her iki gözlemcinin de eylemsiz referans çerçeveleriyle ilişkili olduğu açıktır.

Şimdi, Dünya ile ilişkili gözlemcinin yanından geçtiği anda platform a ivmesiyle hareket etmeye başlasın, yani eylemsiz olmayan bir referans sistemi haline gelsin. Bu durumda, daha önce platforma göre hareketsiz olan top, platform tarafından elde edilen ivmeye eşit ve zıt yönde bir ivme ile (ona göre) hareket etmeye başlayacaktır. Her bir gözlemcinin bakış açısından topun davranışının nasıl göründüğünü öğrenelim.

Atalet referans çerçevesiyle (Dünya) ilişkili bir gözlemci için, top, eylemsizlik yasasına tam uygun olarak düzgün ve doğrusal olarak hareket etmeye devam eder (çünkü desteğin reaksiyonuyla dengelenen yerçekimi kuvveti dışında hiçbir kuvvet ona etki etmez) .

Eylemsiz bir referans sistemi (bir platform) ile ilişkili bir gözlemci farklı bir resim görür: top hareket etmeye başlar ve hızlanır - ancak kuvvetin etkisi olmadan (gözlemci top üzerinde başka herhangi bir cismin etkisini tespit etmediğinden) topa ivme kazandıran). Bu açıkça eylemsizlik yasasına aykırıdır. Newton'un ikinci yasası da tatmin edici değil: onu uygulamış olsaydı, gözlemci bunu (kuvveti) alırdı ve bu imkansızdır, çünkü ne ne de a sıfıra eşit değildir.

Bununla birlikte, eğer özel türden kuvvetleri (eylemsizlik kuvvetlerini) hesaba katarsak, dinamik yasalarını eylemsiz olmayan referans çerçevelerindeki hareketleri tanımlamak için uygulanabilir kılmak mümkündür. O halde örneğimizde platformla ilişkili gözlemci topun eylemsizlik kuvvetinin etkisi altında hareket etmeye başladığına inanabilir.

Eylemsizlik kuvvetinin devreye girmesi, Newton'un ikinci yasasını (ve sonuçlarını) olağan biçimde yazmamıza olanak tanır (bkz. § 7); Artık "olağan" kuvvetlerin ve eylemsizlik kuvvetlerinin bileşkesini yalnızca etki eden kuvvetle anlamalıyız.

vücudun kütlesi nerede ve ivmesidir.

Atalet kuvvetlerine "özel türden" kuvvetler adını verdik, çünkü bunlar yalnızca eylemsiz olmayan referans çerçevelerinde hareket ediyorlar ve ikinci olarak, onlar için "sıradan" kuvvetlerin aksine, diğerlerinin eylemini belirtmek imkansız. bedenleri (söz konusu beden üzerinde) şartlandırılmışlardır. Açıkçası bu nedenle Newton'un üçüncü yasasını (ve sonuçlarını) eylemsizlik kuvvetlerine uygulamak imkansızdır; bu eylemsizlik kuvvetlerinin üçüncü özelliğidir.

(Söz konusu cisim üzerindeki) eylemi eylemsizlik kuvvetlerine neden olan bireysel cisimlerin belirtilmemesi, elbette, bu kuvvetlerin ortaya çıkmasının herhangi bir maddi cismin hareketi ile hiçbir şekilde ilişkili olmadığı anlamına gelmez. Atalet kuvvetlerinin Evrendeki tüm cisimlerin (bir bütün olarak Evrenin kütlesi) hareketinden kaynaklandığını varsaymak için ciddi nedenler vardır.

Gerçek şu ki, atalet kuvvetleri ile yerçekimi kuvvetleri arasında büyük bir benzerlik vardır: her ikisi de etki ettikleri cismin kütlesi ile orantılıdır ve dolayısıyla bu kuvvetlerin her birinin cisme kazandırdığı ivme bağımlı değildir. vücudun kütlesi üzerinde. Belirli koşullar altında bu kuvvetler hiçbir şekilde ayırt edilemez. Örneğin, uzayda bir yerde bir uzay gemisinin ivmelenerek (motorların çalışması nedeniyle) hareket ettiğini varsayalım. İçindeki astronot, onu geminin "zemine" (hareket yönüne göre arka duvara) bastıran bir kuvvetle karşılaşacaktır. Bu kuvvet tam olarak aynı etkiyi yaratacak ve astronota, karşılık gelen yerçekimi kuvvetinin neden olacağı hislerin aynısını yaratacaktır.

Bir astronot, gemisinin Evrene göre a ivmesiyle hareket ettiğine inanırsa, kendisine etki eden kuvvete eylemsizlik kuvveti adını verecektir. Eğer astronot gemisinin sabit olduğunu ve Evrenin aynı a ivmesiyle geminin yanından hızla geçtiğini düşünürse, o zaman bu kuvvete yerçekimi kuvveti adını verecektir. Ve her iki bakış açısı da tamamen eşit olacaktır. Bir geminin içinde yapılan hiçbir deney, bir bakış açısının doğruluğunu, diğerinin yanlışlığını kanıtlayamaz.

Ele alınan ve diğer benzer örneklerden, referans sisteminin hızlandırılmış hareketinin (cisimler üzerindeki etkisi bakımından) karşılık gelen yerçekimi kuvvetlerinin ortaya çıkışına eşdeğer olduğu anlaşılmaktadır. Bu konuma yerçekimi ve eylemsizlik kuvvetlerinin eşdeğerlik ilkesi (Einstein'ın eşdeğerlik ilkesi) denir; Bu prensip genel görelilik teorisinin temelini oluşturur.

Atalet kuvvetleri yalnızca doğrusal olarak hareket eden sistemlerde değil aynı zamanda dönen ataletsiz referans sistemlerinde de ortaya çıkar. Örneğin, dikey bir eksen etrafında dönebilen yatay bir platform üzerinde, O dönme merkezine lastik bir kordonla bağlanan bir kütle gövdesi olsun (Şekil 18). Platform co açısal hızıyla dönmeye başlarsa (ve dolayısıyla eylemsiz bir sisteme dönüşürse), o zaman sürtünme nedeniyle vücut da dönmeye dahil olacaktır. Aynı zamanda germe kordonunun artan elastik kuvveti bu hareketi durdurana kadar platformun merkezinden radyal yönde hareket edecektir. Daha sonra vücut O merkezinden belirli bir mesafede dönmeye başlayacaktır.

Platformla ilişkili bir gözlemcinin bakış açısından, topun ona göre hareketi bir miktar kuvvetten kaynaklanmaktadır. Bu, diğer belirli cisimlerin top üzerindeki hareketinden kaynaklanmadığından eylemsizlik kuvvetidir; buna ataletin merkezkaç kuvveti denir. Merkezkaç atalet kuvvetinin, atalet sistemine göre dönen bir gövdeye etki eden merkezcil kuvvet rolünü oynayan gerilmiş kordonun elastik kuvvetine eşit büyüklükte ve zıt yönde olduğu açıktır (bkz. § 13) Öyleyse

bu nedenle, ataletin merkezkaç kuvveti, gövdenin dönme ekseninden uzaklığıyla orantılıdır.

Atalet merkezkaç kuvvetinin, § 13'ün sonunda bahsedilen “sıradan” merkezkaç kuvvetiyle karıştırılmaması gerektiğini vurguluyoruz. Bunlar, farklı nesnelere uygulanan farklı doğadaki kuvvetlerdir: ataletin merkezkaç kuvveti cisme uygulanır ve Bağlantıya merkezkaç kuvveti uygulanır.

Sonuç olarak, yerçekimi ve atalet kuvvetlerinin eşdeğerlik ilkesi açısından, tüm merkezkaç mekanizmalarının (pompalar, ayırıcılar vb.) hareketine basit bir açıklama verildiğini not ediyoruz (bkz. § 13).

Herhangi bir merkezkaç mekanizması, sınırlı bir alanda karasal yerçekimi alanını önemli ölçüde aşan, radyal konfigürasyonun bir yerçekimi alanının ortaya çıkmasına neden olan, eylemsiz olmayan dönen bir sistem olarak düşünülebilir. Bu alanda, dönen ortamın daha yoğun parçacıkları veya onunla zayıf bir şekilde ilişkili olan parçacıklar, çevresine doğru hareket eder (sanki "tabana" gidiyorlarmış gibi).

Mekaniğin birinci yasası veya eylemsizlik yasası ( eylemsizlik- bu, diğer cisimlerin hareketi olmadığında hızlarını korumak için cisimlerin özelliğidir ), sıklıkla söylendiği gibi, Galileo tarafından kuruldu. Ancak Newton bu yasanın kesin bir formülünü verdi ve onu mekaniğin temel yasaları arasına dahil etti. Atalet yasası, hareketin en basit durumu için geçerlidir; diğer cisimlerden etkilenmeyen bir cismin hareketi. Bu tür cisimlere serbest cisimler denir.

Özgür bedenlerin nasıl hareket ettiği sorusuna deneyime başvurmadan cevap vermek mümkün değildir. Ancak hiçbir şeyle etkileşime girmeyen bir cismin nasıl hareket ettiğini saf haliyle gösterecek tek bir deney yapmak imkansızdır, çünkü böyle cisimler yoktur. Nasıl olunur?

Tek bir çıkış yolu var. Vücut için dış etkilerin etkisinin gittikçe azalabileceği koşullar yaratmak ve bunun neye yol açtığını gözlemlemek gerekir. Örneğin pürüzsüz bir taşın yatay bir yüzey üzerinde kendisine belli bir hız verildikten sonra hareketini gözlemleyebilirsiniz. (Bir taşın zemine olan çekimi, üzerinde durduğu yüzeyin hareketi ile dengelenir ve hareket hızı yalnızca sürtünmeden etkilenir.) Yüzey ne kadar pürüzsüzse, taşın o kadar yavaş olduğunu bulmak kolaydır. taşın hızı azalacaktır. Pürüzsüz buz üzerinde bir taş, hızını gözle görülür bir şekilde değiştirmeden çok uzun bir süre kayar. Sürtünme, hareketin meydana geldiği katı bir yüzeyin üzerinde vücudu destekleyen hava jetleri olan hava yastığı kullanılarak en aza indirilebilir. Bu prensip su taşımacılığında (hovercraft) kullanılır. Bu tür gözlemlere dayanarak şu sonuca varabiliriz: Eğer yüzey tamamen pürüzsüz olsaydı, o zaman hava direnci olmadığında (boşlukta), taş hızını hiç değiştirmezdi. Galileo'nun ilk vardığı sonuç bu oldu.

Öte yandan, bir cismin hızı değiştiğinde, diğer cisimlerin onun üzerindeki etkisinin her zaman algılandığını fark etmek kolaydır. Buradan şu sonuca varabiliriz diğer cisimlerden yeterince uzakta olan ve bu nedenle onlarla etkileşime girmeyen cisim sabit bir hızla hareket eder.

Hareket görecelidir, dolayısıyla başka bir cisimle ilişkilendirilen referans çerçevesine göre yalnızca bir cismin hareketinden bahsetmek mantıklıdır. Hemen şu soru ortaya çıkıyor: Serbest bir cisim diğer herhangi bir cisme göre sabit bir hızla hareket edecek mi? Cevap elbette olumsuzdur. Dolayısıyla, eğer serbest bir cisim Dünya'ya göre doğrusal ve düzgün bir şekilde hareket ediyorsa, o zaman dönen bir atlıkarıncaya göre vücut kesinlikle bu şekilde hareket etmeyecektir.

Cisimlerin hareketlerine ilişkin gözlemler ve bu hareketlerin doğası üzerine düşünceler, bizi, serbest cisimlerin, en azından belirli cisimlere ve bunlarla ilişkili referans çerçevelerine göre, sabit hızla hareket ettiği sonucuna götürür. Örneğin, Dünya ile ilgili olarak. Eylemsizlik yasasının ana içeriği budur.

Bu yüzden Newton'un ilk yasası şu şekilde formüle edilebilir:

Bir cismin (maddi nokta), üzerinde dış etkilerin yokluğunda (veya bunların karşılıklı telafisiyle), bir dinlenme durumunu veya düzgün doğrusal hareket durumunu koruduğu bu tür referans sistemleri vardır.

Atalet referans çerçevesi

Newton'un ilk yasası eylemsiz sistemlerin gerçekten var olduğunu ileri sürüyor (bu, değişen doğruluk dereceleriyle deneysel olarak doğrulanabilir). Bu mekaniğin kanunu, eylemsiz referans sistemlerini özel, ayrıcalıklı bir konuma yerleştirir.

Referans sistemleri Newton'un birinci yasasının sağlandığı hareketlere eylemsizlik denir.

Atalet referans sistemleri- Bunlar, maddi bir noktanın, kendisi üzerinde dış etkiler veya bunların karşılıklı telafisi olmadığında hareketsiz olduğu veya düzgün ve doğrusal olarak hareket ettiği sistemlerdir.

Sonsuz sayıda eylemsiz sistem vardır. Rayın düz bir bölümü boyunca sabit bir hızla hareket eden bir trene ilişkin referans sistemi de, Dünya ile ilişkili sistem gibi (yaklaşık olarak) bir eylemsizlik sistemidir. Tüm eylemsiz referans çerçeveleri, birbirlerine göre düzgün ve doğrusal olarak hareket eden bir sistemler sınıfı oluşturur. Herhangi bir cismin farklı eylemsizlik sistemlerindeki ivmeleri aynıdır.

Belirli bir referans sisteminin eylemsiz olduğu nasıl belirlenir? Bu ancak deneyim yoluyla yapılabilir. Gözlemler, çok yüksek bir doğruluk derecesi ile, güneş merkezli bir sistemin, koordinatların kökeninin Güneş ile ilişkili olduğu ve eksenlerin belirli "sabit" yıldızlara yönlendirildiği eylemsiz bir referans sistemi olarak kabul edilebileceğini göstermektedir. Dünya'nın yüzeyine sıkı bir şekilde bağlı olan referans sistemleri, Dünya Güneş'in etrafında bir yörüngede hareket ettiği ve aynı zamanda kendi ekseni etrafında döndüğü için, kesin olarak söylemek gerekirse, eylemsiz değildir. Bununla birlikte, küresel (yani dünya çapında) bir ölçeğe sahip olmayan hareketleri tanımlarken, Dünya ile ilişkili referans sistemleri yeterli doğrulukla atalet olarak kabul edilebilir.

Atalet referans sistemleri, bazı eylemsiz referans çerçevelerine göre düzgün ve doğrusal olarak hareket eden sistemlerdir..

Galileo bunu buldu Eylemsiz bir referans sistemi içinde yapılan hiçbir mekanik deney, bu sistemin hareketsiz olup olmadığını veya düzgün ve doğrusal olarak hareket edip etmediğini belirleyemez.. Bu açıklamaya denir Galileo'nun görelilik ilkesi veya göreliliğin mekanik ilkesi.

Bu prensip daha sonra A. Einstein tarafından geliştirildi ve özel görelilik teorisinin varsayımlarından biridir. Eylemsiz referans çerçeveleri fizikte son derece önemli bir rol oynar, çünkü Einstein'ın görelilik ilkesine göre herhangi bir fizik yasasının matematiksel ifadesi, her eylemsiz referans çerçevesinde aynı forma sahiptir. Bundan sonra sadece atalet sistemlerini kullanacağız (bunu her zaman belirtmeden).

Newton'un birinci yasasının geçerli olmadığı referans sistemlerine denir. eylemsiz Ve.

Bu tür sistemler, eylemsiz bir referans sistemine göre ivmeyle hareket eden herhangi bir referans sistemini içerir.

Newton mekaniğinde cisimlerin etkileşim yasaları bir eylemsiz referans sistemi sınıfı için formüle edilir.

Dünya ile ilişkili bir sistemin eylemsizliksizliğinin ortaya çıktığı mekanik bir deneyin bir örneği davranıştır. Foucault sarkacı. Bu, oldukça uzun bir ip üzerinde asılı duran ve denge konumu etrafında küçük salınımlar gerçekleştiren devasa bir topun adıdır. Dünya ile ilişkili sistem eylemsiz olsaydı, Foucault sarkacının salınım düzlemi Dünya'ya göre değişmeden kalırdı. Aslında sarkacın salınım düzlemi, Dünya'nın dönmesi nedeniyle döner ve sarkacın yörüngesinin Dünya yüzeyine izdüşümü bir rozet şeklindedir (Şekil 1). Pirinç. 2

Edebiyat

1. Açık Fizik 2.5 (http://college.ru/physics/)
2. Fizik: Mekanik. 10. sınıf: Ders kitabı. derinlemesine fizik çalışması için / M.M. Balaşov, A.I. Gomonova, A.B. Dolitsky ve diğerleri; Ed. G.Ya. Myakisheva. – M.: Bustard, 2002. – 496 s.

Eski filozoflar hareketin özünü anlamaya, yıldızların ve Güneş'in insanlar üzerindeki etkisini belirlemeye çalıştılar. Ayrıca insanlar her zaman maddi bir noktaya hareketi sırasında ve dinlenme anında etki eden kuvvetleri belirlemeye çalışmışlardır.

Aristoteles, hareket olmadığında vücudun herhangi bir kuvvetten etkilenmediğine inanıyordu. Hangi referans sistemlerine atalet denildiğini bulmaya çalışalım ve bunlara örnekler verelim.

Dinlenme durumu

Günlük yaşamda böyle bir durumu tespit etmek zordur. Hemen hemen tüm mekanik hareket türlerinde, dış kuvvetlerin varlığı varsayılır. Bunun nedeni ise birçok nesnenin orijinal konumundan ayrılarak hareketsiz durumdan çıkmasını engelleyen sürtünme kuvvetidir.

Ataletsel referans sistemleri örneklerine baktığımızda hepsinin Newton'un 1. yasasına uygun olduğunu görüyoruz. Ancak keşfinden sonra dinlenme durumunu açıklamak ve bu durumda vücuda etki eden kuvvetleri belirtmek mümkün oldu.

Newton'un 1. yasasının ifadesi

Modern yorumda, maddi bir nokta üzerinde dış kuvvetlerin etkisinin yokluğunun düşünülebileceği koordinat sistemlerinin varlığını açıklar. Newton'un bakış açısından referans sistemlerine atalet adı verilir ve bu, bir cismin hızının uzun süre korunmasını düşünmemize olanak tanır.

Tanımlar

Hangi referans sistemleri eylemsizdir? Bunların örnekleri okul fizik dersinde incelenmektedir. Atalet sistemleri, maddi bir noktanın sabit bir hızla hareket ettiği referans çerçeveleri olarak kabul edilir. Newton, herhangi bir cismin, bu durumu değiştirebilecek kuvvetlerin uygulanmasına gerek olmadığı sürece benzer bir durumda olabileceğini açıkladı.

Gerçekte eylemsizlik yasası her durumda sağlanmaz. Ataletli ve eylemsiz olmayan referans sistemleri örneklerini analiz ederken, hareket eden bir araçta tırabzanları tutan bir kişiyi düşünün. Bir araba keskin bir şekilde fren yaptığında, dış kuvvet olmamasına rağmen kişi otomatik olarak araca göre hareket eder.

Eylemsiz referans sisteminin tüm örneklerinin Newton'un 1. yasasının formülasyonuna karşılık gelmediği ortaya çıktı. Atalet yasasını açıklığa kavuşturmak için kusursuz bir şekilde yerine getirildiği rafine bir referans tanıtıldı.

Referans sistem türleri

Hangi referans sistemlerine atalet denir? Bu yakında netleşecek. "Newton'un 1. yasasının karşılandığı eylemsiz referans sistemlerine örnekler verin" - benzer bir görev, dokuzuncu sınıfta sınav olarak fiziği seçen okul çocuklarına sunulmaktadır. Görevin üstesinden gelebilmek için eylemsiz ve eylemsiz referans sistemleri hakkında bilgi sahibi olmak gerekir.

Atalet, vücut izole olduğu sürece bir cismin dinlenmesini veya düzgün doğrusal hareketini sürdürmeyi içerir. "İzole", birbiriyle bağlantılı olmayan, etkileşimde bulunmayan ve birbirinden uzak olan cisimler olarak kabul edilir.

Ataletsel referans sistemlerinin bazı örneklerine bakalım. Referans çerçevesini hareket eden bir otobüs değil de Galaksideki bir yıldız olarak düşünürsek, tırabzanlara tutunan yolcular için eylemsizlik yasasının yerine getirilmesi kusursuz olacaktır.

Frenleme sırasında bu araç, diğer cisimler tarafından harekete geçilinceye kadar düz bir çizgide eşit şekilde hareket etmeye devam edecektir.

Eylemsiz referans çerçevesinin bazı örnekleri nelerdir? Analiz edilen vücutla bir bağlantısı olmamalı veya onun ataletini etkilememelidir.

Bu tür sistemler için Newton'un 1. yasası karşılanır. Gerçek hayatta bir cismin hareketini eylemsiz referans sistemlerine göre değerlendirmek zordur. Ondan dünyevi deneyler yapmak için uzak bir yıldıza ulaşmak imkansızdır.

Dünya, üzerine yerleştirilen nesnelerle bağlantılı olmasına rağmen geleneksel bir referans sistemi olarak alınır.

Eylemsiz bir referans çerçevesindeki ivme, Dünya yüzeyini referans çerçevesi olarak düşünürsek hesaplanabilir. Fizikte Newton'un 1. yasasının matematiksel bir temsili yoktur, ancak birçok fiziksel tanım ve terimin türetilmesinin temelini oluşturur.

Atalet referans sistemleri örnekleri

Öğrenciler bazen fiziksel olayları anlamakta zorluk çekerler. Dokuzuncu sınıf öğrencilerine şu içeriğe sahip bir görev sunulur: “Hangi referans sistemlerine atalet denir? Bu tür sistemlere örnekler verin." Topun bulunduğu arabanın başlangıçta düz bir yüzey üzerinde sabit hızla hareket ettiğini varsayalım. Daha sonra kum üzerinde hareket eder ve bunun sonucunda top, üzerine başka hiçbir kuvvet etki etmemesine rağmen (toplam etkileri sıfırdır) hızlandırılmış harekete geçer.

Olanların özü, kumlu bir yüzey boyunca hareket ederken sistemin ataletsel olmayı bırakması, sabit bir hıza sahip olmasıyla açıklanabilir. Ataletli ve eylemsiz olmayan referans sistemleri örnekleri, geçişlerinin belirli bir süre içinde gerçekleştiğini gösterir.

Bir vücut hızlandığında ivmesi pozitif bir değere sahiptir ve fren yaparken bu gösterge negatif olur.

Eğrisel hareket

Yıldızlara ve Güneş'e göre, Dünya'nın hareketi elips şeklindeki eğrisel bir yörünge boyunca gerçekleşir. Merkezin Güneş ile aynı hizada olduğu ve eksenlerin belirli yıldızlara yönlendirildiği referans sistemi eylemsiz kabul edilecektir.

Güneş merkezli sisteme göre doğrusal ve düzgün bir şekilde hareket edecek herhangi bir referans sisteminin eylemsiz olduğunu unutmayın. Eğrisel hareket bir miktar ivme ile gerçekleştirilir.

Dünyanın kendi ekseni etrafında hareket ettiği gerçeği göz önüne alındığında, yüzeyiyle ilişkili olan referans çerçevesi, güneş merkezli olana göre bir miktar ivme ile hareket eder. Böyle bir durumda, Dünya yüzeyiyle ilişkili referans çerçevesinin, güneş merkezli olana göre ivme ile hareket ettiği, dolayısıyla atalet olarak kabul edilemeyeceği sonucuna varabiliriz. Ancak böyle bir sistemin ivmesinin değeri o kadar küçüktür ki çoğu durumda, onunla ilişkili olarak ele alınan mekanik olayların özelliklerini önemli ölçüde etkiler.

Teknik nitelikteki pratik sorunları çözmek için, Dünya yüzeyine sıkı bir şekilde bağlı olan referans çerçevesinin eylemsiz olduğunu düşünmek gelenekseldir.

Galileo'nun göreliliği

Tüm eylemsiz referans çerçevelerinin görelilik ilkesiyle tanımlanan önemli bir özelliği vardır. Bunun özü, seçilen referans sistemine bakılmaksızın, aynı başlangıç ​​koşulları altında herhangi bir mekanik olgunun aynı şekilde gerçekleştirilmesi gerçeğinde yatmaktadır.

Görelilik ilkesine göre ISO'nun eşitliği aşağıdaki hükümlerde ifade edilmektedir:

• Bu tür sistemlerde aynıdırlar, bu nedenle onlar tarafından tanımlanan, koordinatlar ve zaman cinsinden ifade edilen herhangi bir denklem değişmeden kalır.
• Yapılan mekanik deneylerin sonuçları, referans sisteminin hareketsiz mi kalacağını yoksa doğrusal ve düzgün bir hareket mi gerçekleştireceğini belirlemeyi mümkün kılar. Herhangi bir sistem, başka bir sistemin ona göre belirli bir hızda hareket etmesi durumunda koşullu olarak durağan olarak tanınabilir.
• Bir sistemden diğerine geçiş durumunda mekaniğin denklemleri koordinat dönüşümlerine göre değişmeden kalır. Aynı olayı farklı sistemlerde tanımlamak mümkündür ancak bunların fiziksel doğası değişmeyecektir.

Problem çözme

İlk örnek.

Aşağıdakilerin bir eylemsiz referans sistemi olup olmadığını belirleyin: a) yapay bir Dünya uydusu; b) çocukların çekiciliği.

Cevap.İlk durumda, uydu yerçekimi kuvvetinin etkisi altında yörüngede hareket ettiğinden eylemsiz bir referans çerçevesi söz konusu değildir, bu nedenle hareket bir miktar ivme ile gerçekleşir.

İkinci örnek.

Raporlama sistemi asansöre sıkı bir şekilde bağlanmıştır. Hangi durumlarda atalet olarak adlandırılabilir? Asansör: a) düşerse; b) eşit şekilde yukarı doğru hareket eder; c) hızla artıyor; d) eşit olarak aşağıya doğru yönlendirilir.

Cevap. a) Serbest düşüş sırasında ivme ortaya çıkar, dolayısıyla asansörle ilişkili referans çerçevesi eylemsiz olmayacaktır.

b) Asansör düzgün hareket ettiğinde sistem eylemsizdir.

c) Bir miktar ivmeyle hareket ederken referans sistemi eylemsiz kabul edilir.

d) Asansör yavaş hareket eder ve negatif ivmeye sahiptir, dolayısıyla referans çerçevesi atalet olarak adlandırılamaz.

Çözüm

İnsanlık varoluşu boyunca doğada meydana gelen olayları anlamaya çalışmıştır. Hareketin göreliliğini açıklama girişimleri Galileo Galilei tarafından yapıldı. Isaac Newton, mekanikte hesaplamalar yaparken ana varsayım olarak kullanılmaya başlanan atalet yasasını türetmeyi başardı.

Şu anda, bir vücut konumu belirleme sistemi bir gövdeyi, zamanı belirlemeye yönelik bir cihazı ve bir koordinat sistemini içermektedir. Vücudun hareketli veya sabit olmasına bağlı olarak belirli bir nesnenin istenilen zaman dilimindeki konumunu karakterize etmek mümkündür.

Antik çağlardan beri maddi cisimlerin hareketi bilim adamlarının zihinlerini heyecanlandırmayı asla bırakmadı. Örneğin, Aristoteles'in kendisi, bir cisme hiçbir kuvvet etki etmiyorsa, o zaman böyle bir cismin her zaman hareketsiz olacağına inanıyordu.

Ve yalnızca 2000 yıl sonra İtalyan bilim adamı Galileo Galilei, "her zaman" kelimesini Aristoteles'in formülasyonundan çıkarabildi. Galileo, bir cismin hareketsiz kalmasının, dış kuvvetlerin yokluğunun tek sonucu olmadığını fark etti.

Sonra Galileo şunu ilan etti: Üzerine hiçbir kuvvetin etki etmediği bir cisim ya hareketsiz kalacaktır ya da düz bir çizgide düzgün bir şekilde hareket edecektir. Yani düz bir yolda aynı hızla hareket etmek fizik açısından dinlenme durumuna eşdeğerdir.

Dinlenme durumu nedir?

Hayatta bu gerçeği gözlemlemek çok zordur çünkü nesnelerin ve eşyaların yerlerinden ayrılmasını engelleyen bir sürtünme kuvveti her zaman vardır. Ancak üzerinde bir bedenin durduğu, sonsuz uzunlukta, kesinlikle kaygan ve pürüzsüz bir buz pateni pisti hayal ederseniz, vücuda bir itme verirseniz, vücudun süresiz olarak ve tek bir düz çizgide hareket edeceği açıkça görülecektir.

Aslında vücuda yalnızca iki kuvvet etki eder: yerçekimi ve yer tepki kuvveti. Ancak aynı düz çizgide bulunurlar ve birbirlerine doğru yönlendirilirler. Böylece süperpozisyon ilkesine göre böyle bir cisme etki eden toplam kuvvetin sıfır olduğunu görüyoruz.

Ancak bu ideal bir durumdur. Hayatta sürtünme kuvveti hemen hemen her durumda kendini gösterir. Galileo, dinlenme ve hareket durumunu sabit hızla düz bir çizgide eşitleyerek önemli bir keşif yaptı. Ancak bu yeterli değildi. Bu koşulun her durumda karşılanmadığı ortaya çıktı.

Bu konu, Galileo'nun araştırmasını özetleyen ve böylece Newton'un Birinci Yasasını formüle eden Isaac Newton tarafından açıklığa kavuşturuldu.

Newton'un birinci yasası: onu kendimiz formüle ediyoruz

Newton'un birinci yasasının iki formülasyonu vardır: modern olanı ve Isaac Newton'un kendisinin formülasyonu. Orijinal versiyonda, Newton'un ilk yasası bir miktar hatalıydı ve bu yanlışlığı düzeltmeye yönelik modern versiyonun çok kafa karıştırıcı olduğu ve bu nedenle başarısız olduğu ortaya çıktı. Gerçek her zaman yakınlarda bir yerde olduğundan, onu "yakınlarda" bulmaya çalışacağız ve bu yasanın ne olduğunu bulmaya çalışacağız.

Modern ifadelerşöyle geliyor: “Dış etkenlerin yokluğunda maddi bir noktanın hızının büyüklüğünü ve yönünü süresiz olarak koruduğu, atalet adı verilen bu tür referans sistemleri vardır”.

Atalet referans sistemleri

Atalet referans sistemleri, atalet yasasının karşılandığı sistemlerdir. Atalet yasası, cisimlerin, diğer cisimler tarafından harekete geçirilmedikleri sürece hızlarını değiştirmeden korumalarıdır. "Bu "burası" nerede?" Sorusu sorulduğunda çok sindirilemez, anlaşılmaz ve komik bir durumu anımsatıyor. Cevap veriyorlar: "Burada" ve bir sonraki mantıksal soruya: ""Burası" nerede?" Cevap veriyorlar: "Burada." Tereyağı yağı. Kısır döngü.

Newton'un kendi formülasyonu bu: “Her cisim, uygulanan kuvvetler tarafından bu durumu değiştirmeye zorlanmadığı sürece, dinlenme veya tek biçimli ve doğrusal hareket halinde tutulmaya devam eder.”.

Ancak uygulamada bu yasaya her zaman uyulmuyor. Bunu kolayca doğrulayabilirsiniz. Hareket eden bir otobüste bir kişi tırabzanları tutmadan durduğunda ve otobüs aniden fren yaptığında, görünür hiçbir kuvvet onu bunu yapmaya zorlamasa da kişi otobüse göre ileri doğru hareket etmeye başlar.

Yani otobüse ilişkin olarak Newton'un birinci yasası orijinal formülasyonunda tatmin edici değildir. Açıklığa kavuşturulması gerektiği açıktır. Bir açıklama, eylemsiz referans sistemlerinin tanıtılmasıdır. Yani Newton'un birinci yasasının sağlandığı bu tür referans sistemleri. Bu tamamen açık değil, o yüzden tüm bunları insan diline çevirmeye çalışalım.

Ataletli ve eylemsiz olmayan referans sistemleri

Herhangi bir cismin eylemsizlik özelliği, cisim diğer cisimlerden izole kaldığı sürece, dinlenme durumunu veya düzgün doğrusal hareketini koruyacak şekildedir. "İzole", hiçbir şekilde bağlantılı olmamak, diğer bedenlerden sonsuz derecede uzak olmak anlamına gelir.

Uygulamada bu, eğer örneğimizde referans sistemi olarak bir otobüsü değil de Galaksinin eteklerindeki bir yıldızı alırsak, o zaman Newton'un birinci yasasının, ona tutunmayan dikkatsiz bir yolcu için kesinlikle tam olarak karşılanacağı anlamına gelir. korkuluklar. Bir otobüs fren yaptığında, diğer cisimler ona müdahale edene kadar düzgün hareketine devam edecektir.

Söz konusu cisimle hiçbir şekilde bağlantısı olmayan ve cismin ataletini hiçbir şekilde etkilemeyen bu tür referans sistemlerine atalet denir. Bu tür referans sistemleri için Newton'un birinci yasası orijinal formülasyonunda kesinlikle geçerlidir.

Kanun budur bu şekilde formüle edilebilir: Vücutla kesinlikle bağlantısı olmayan referans sistemlerinde, dış etki olmadığında cismin hızı değişmeden kalır. Bu haliyle Newton'un birinci yasası kolaylıkla anlaşılır.

Sorun, pratikte belirli bir cismin hareketini bu tür referans sistemlerine göre değerlendirmenin çok zor olmasıdır. Sonsuz uzaktaki bir yıldıza gidip oradan Dünya üzerinde herhangi bir deney yapamayız.

Bu nedenle, üzerinde bulunan cisimlerle bağlantılı olmasına ve hareketlerinin özelliklerini etkilemesine rağmen, Dünya geleneksel olarak genellikle böyle bir referans sistemi olarak alınır. Ancak birçok hesaplama için bu yaklaşım yeterlidir. Bu nedenle, eylemsiz referans sistemlerinin örnekleri, üzerinde bulunan cisimler için Dünya, gezegenleri için Güneş sistemi vb. olarak düşünülebilir.

Newton'un birinci yasası herhangi bir fiziksel formülle tanımlanmamıştır ancak diğer kavram ve tanımlar ondan türetilmiştir. Özünde, bu yasa cisimlerin eylemsizliğini varsayar. Ve böylece eylemsiz referans sistemleri için eylemsizlik yasasının Newton'un birinci yasası olduğu ortaya çıkıyor.

Atalet sistemleri ve Newton'un birinci yasasına ilişkin daha fazla örnek

Yani, örneğin, üzerinde top bulunan bir araba önce düz bir yüzey üzerinde sabit bir hızla hareket ederse ve sonra kumlu bir yüzeye doğru hareket ederse, o zaman üzerine hiçbir kuvvet etki etmese de arabanın içindeki top hızlanmaya başlayacaktır ( aslında öyledir, ancak miktar sıfırdır).

Bunun nedeni, referans sisteminin (bu durumda araba) kumlu yüzeye çarptığı anda eylemsiz hale gelmesi, yani sabit bir hızda hareket etmeyi bırakmasıdır.

Newton'un Birinci Yasası, eylemsiz ve eylemsiz referans sistemleri arasında önemli bir ayrım yapar. Bu yasanın bir diğer önemli sonucu da ivmenin bir anlamda cismin hızından daha önemli olmasıdır.

Çünkü düz bir çizgide sabit hızla hareket etmek, durmaktır. Oysa ivmeli hareket, ya cisme uygulanan kuvvetlerin toplamının sıfıra eşit olmadığını ya da cismin bulunduğu referans çerçevesinin eylemsiz olduğunu, yani ivmeyle hareket ettiğini açıkça gösterir.

Üstelik hızlanma pozitif (vücut hızlanır) veya negatif (vücut yavaşlar) olabilir.

Çalışmalarınızda yardıma mı ihtiyacınız var?