Inercijski referentni okviri ukratko fizika. Inercijski referentni okviri: Newtonov prvi zakon

Referentni okvir koji se kreće (u odnosu na zvijezde) jednoliko i pravolinijski (tj. po inerciji) naziva se inercijski. Očito postoji bezbroj takvih referentnih okvira, budući da je svaki okvir koji se kreće jednoliko i pravolinijski u odnosu na neki inercijski referentni okvir također inercijalan.Referentni okviri koji se (u odnosu na inercijski okvir) gibaju s ubrzanjem nazivaju se neinercijalnim.

Iskustvo to pokazuje

u svim inercijskim referentnim okvirima svi mehanički procesi se odvijaju na potpuno isti način (pod istim uvjetima).

Ovaj stav, nazvan mehaničkim principom relativnosti (ili Galileovim principom relativnosti), formulirao je Galileo 1636. godine. Galileo je to objasnio na primjeru mehaničkih procesa koji se odvijaju u kabini broda koji ravnomjerno i pravolinijski plovi po mirnom moru. Za promatrača u kabini, njihanje njihala, pad tijela i drugi mehanički procesi odvijaju se na potpuno isti način kao na brodu koji miruje. Stoga je, promatrajući te procese, nemoguće utvrditi ni veličinu brzine, pa čak ni samu činjenicu kretanja broda. Da bismo prosuđivali gibanje broda s obzirom na bilo koji referentni sustav (npr. površinu oceana), potrebno je promatrati i ovaj sustav (vidjeti kako se objekti koji leže na vodi odmiču i sl.).

Do početka XX stoljeća. pokazalo se da se ne samo mehanički, nego i toplinski, električni, optički i svi drugi procesi i prirodne pojave odvijaju na potpuno isti način u svim inercijskim referentnim okvirima. Na temelju toga, Einstein je 1905. formulirao generalizirani princip relativnosti, kasnije nazvan Einsteinov princip relativnosti:

u svim inercijskim referentnim okvirima svi se fizikalni procesi odvijaju na potpuno isti način (pod istim uvjetima).

Ovaj princip, zajedno s tvrdnjom da je brzina svjetlosti u vakuumu neovisna o gibanju izvora svjetlosti (vidi § 20), činio je osnovu posebne teorije relativnosti koju je razvio Einstein.

Newtonovi zakoni i drugi zakoni dinamike koje mi razmatramo ispunjeni su samo u inercijalnim referentnim okvirima. U neinercijalnim referentnim okvirima ovi zakoni, općenito govoreći, više ne vrijede. Razmotrite jednostavan primjer da pojasnite posljednju izjavu.

Na savršeno glatkoj platformi, koja se kreće jednoliko i pravocrtno, leži lopta mase na istoj platformi je promatrač. Još jedan promatrač stoji na Zemlji nedaleko od mjesta gdje će platforma proći. Očito je da su oba promatrača povezana s inercijskim referentnim okvirima.

Neka se sada, u trenutku prolaska pored promatrača povezanog sa Zemljom, platforma počne kretati ubrzanjem a, tj. postaje neinercijalni referentni okvir. U tom slučaju, lopta koja je prethodno mirovala u odnosu na platformu, počet će (u odnosu na nju) kretati se akceleracijom a, suprotnog smjera i jednakom akceleracijom koju je postigla platforma. Doznajmo kako izgleda ponašanje lopte s gledišta svakog od promatrača.

Za promatrača povezanog s inercijskim referentnim sustavom - Zemljom, lopta se nastavlja kretati jednoliko i pravocrtno u potpunom skladu sa zakonom inercije (budući da na nju ne djeluju nikakve sile, osim gravitacije, uravnotežene reakcijom oslonca).

Promatrač povezan s neinercijalnim referentnim sustavom - platformom, ima drugačiju sliku: lopta se počinje kretati i dobiva ubrzanje - ali bez utjecaja sile (budući da promatrač ne detektira udar na loptu bilo kojeg drugog tijela koji daju ubrzanje lopti). To je jasno u suprotnosti sa zakonom inercije. Drugi Newtonov zakon također nije zadovoljen: primjenom njega promatrač bi dobio da (sila) a to je nemoguće, budući da niti a niti a nisu jednaki nuli.

Moguće je, međutim, zakone dinamike učiniti primjenjivima na opis gibanja u neinercijalnim referentnim okvirima, ako u obzir uvedemo sile posebne vrste - sile inercije. Tada, u našem primjeru, promatrač spojen na platformu može pretpostaviti da je lopta u kretanju pod djelovanjem sile inercije

Uvođenje sile inercije omogućuje da se Newtonov drugi zakon (i njegove posljedice) zapiše u uobičajenom obliku (vidi § 7); samo pod djelujućom silom sada je potrebno razumjeti rezultantu "običnih" sila i sila inercije

gdje je masa tijela i njegovo ubrzanje.

Sile inercije nazvali smo "posebnom vrstom", prvo, jer djeluju samo u neinercijalnim referentnim okvirima, i, drugo, zato što je za njih, za razliku od "običnih" sila, nemoguće naznačiti koja druga tijela (na dotičnom tijelu), uvjetovani su. Očito je iz tog razloga nemoguće primijeniti treći Newtonov zakon (i njegove posljedice) na sile inercije; ovo je treća osobina inercijskih sila.

Nemogućnost specificiranja pojedinačnih tijela čije je djelovanje (na tijelo koje se razmatra) posljedica sila inercije, ne znači, naravno, da nastanak tih sila uopće nije povezan s djelovanjem bilo kojeg materijala. tijela. Postoje ozbiljni razlozi za pretpostavku da su sile tromosti posljedica djelovanja cijelog skupa tijela Svemira (mase svemira kao cjeline).

Činjenica je da postoji velika sličnost između sila inercije i sila gravitacije: obje su proporcionalne masi tijela na koje djeluju, pa stoga ubrzanje koje daje tijelu svaka od tih sila ne ovisi na masu tijela. Pod određenim uvjetima, te se sile uopće ne mogu razlikovati. Neka se, primjerice, svemirski brod kreće ubrzano (zbog rada motora) negdje u svemiru. Kozmonaut u njemu doživjet će silu koja ga pritiska na "pod" (stražnji zid u odnosu na smjer kretanja) letjelice. Ova sila će stvoriti potpuno isti učinak i kod astronauta će izazvati iste osjećaje kao što bi izazvala odgovarajuća sila gravitacije.

Ako astronaut vjeruje da se njegov brod kreće akceleracijom u odnosu na svemir, tada će silu koja djeluje na njega nazvati silom inercije. Ako, međutim, kozmonaut smatra da je njegov brod nepomičan, a da svemir juri pokraj broda istim ubrzanjem a, tada će tu silu nazvati gravitacijskom silom. I obje točke gledišta bit će apsolutno jednake. Niti jedan eksperiment koji se provodi unutar broda ne može dokazati ispravnost jednog i zabludu drugog gledišta.

Iz razmatranih i drugih sličnih primjera proizlazi da je ubrzano gibanje referentnog okvira ekvivalentno (po svom učinku na tijela) nastanku odgovarajućih gravitacijskih sila. Ova pozicija se naziva načelo ekvivalencije sila gravitacije i inercije (Einsteinov princip ekvivalencije); ovo načelo je osnova opće teorije relativnosti.

Sile inercije ne nastaju samo u pravolinijskom kretanju, već iu rotirajućim neinercijalnim referentnim okvirima. Neka se, primjerice, na horizontalnoj platformi koja se može rotirati oko okomite osi nalazi tijelo mase povezano sa središtem rotacije O gumenom vrpcom (slika 18). Ako se platforma počne rotirati kutnom brzinom ω (i, posljedično, pretvori se u neinercijski sustav), tada će zbog trenja i tijelo biti uključeno u rotaciju. Međutim, kretat će se u radijalnom smjeru od središta platforme sve dok rastuća elastična sila užeta za istezanje ne zaustavi ovo kretanje. Tada će se tijelo početi rotirati na udaljenosti od središta O.

Sa stajališta promatrača povezanog s platformom, kretanje lopte u odnosu na nju je posljedica neke sile.To je sila inercije, budući da nije uzrokovana djelovanjem drugih određenih tijela na loptu; naziva se centrifugalna sila inercije. Očito je da je centrifugalna sila tromosti jednaka po veličini i suprotna u smjeru elastične sile rastegnute užete, koja igra ulogu centripetalne sile koja djeluje na tijelo koje se rotira u odnosu na inercijski okvir (vidi § 13).

stoga je centrifugalna sila tromosti proporcionalna udaljenosti tijela od osi rotacije.

Naglašavamo da se centrifugalna sila tromosti ne smije brkati s "običnom" centrifugalnom silom spomenutom na kraju § 13. To su sile različite prirode koje se primjenjuju na različite objekte: centrifugalna sila tromosti se primjenjuje na tijelo, a na spoj se primjenjuje centrifugalna sila.

Zaključno, napominjemo da se sa stajališta načela ekvivalencije sila gravitacije i tromosti daje jednostavno objašnjenje za rad svih centrifugalnih mehanizama: crpki, separatora itd. (vidi § 13).

Svaki centrifugalni mehanizam može se smatrati rotirajućim neinercijalnim sustavom, koji uzrokuje pojavu gravitacijskog polja radijalne konfiguracije, koje na ograničenom području znatno premašuje zemaljsko gravitacijsko polje. U tom polju gušće čestice rotirajućeg medija ili čestice koje su za njega slabo vezane kreću se prema njegovoj periferiji (kao da idu "na dno").

Prvi zakon mehanike, ili zakon inercije ( inercija- to je svojstvo tijela da održavaju svoju brzinu u nedostatku djelovanja drugih tijela na njega ), kako se to često naziva, ustanovio je Galileo. Ali Newton je dao strogu formulaciju ovog zakona i uvrstio ga među temeljne zakone mehanike. Zakon tromosti odnosi se na najjednostavniji slučaj gibanja – gibanje tijela na koje druga tijela ne utječu. Takva tijela nazivaju se slobodnim tijelima.

Nemoguće je odgovoriti na pitanje kako se slobodna tijela kreću bez pozivanja na iskustvo. Međutim, nemoguće je postaviti jedan eksperiment koji bi u svom čistom obliku pokazao kako se kreće tijelo koje ni s čim ne stupa u interakciju, budući da takvih tijela nema. Kako biti?

Postoji samo jedan izlaz. Potrebno je stvoriti uvjete za tijelo pod kojima se utjecaj vanjskih utjecaja može činiti sve manjim, te promatrati čemu to dovodi. Moguće je, na primjer, promatrati kretanje glatkog kamena po vodoravnoj površini nakon što mu je data određena brzina. (Privlačenje kamena prema tlu uravnoteženo je djelovanjem površine na kojoj leži, a samo trenje utječe na njegovu brzinu.) Međutim, lako je ustanoviti da što je površina glatkija, to će se brzina kamena sporije smanjivati. Na glatkom ledu kamen klizi jako dugo, bez primjetne promjene brzine. Trenje se može svesti na minimum korištenjem zračnog jastuka – mlaznica zraka koji podupiru tijelo iznad čvrste površine po kojoj se događa kretanje. Ovaj princip se koristi u vodnom transportu (hovercraft). Na temelju takvih zapažanja možemo zaključiti da kada bi površina bila savršeno glatka, onda u nedostatku otpora zraka (u vakuumu), kamen uopće ne bi promijenio svoju brzinu. Galileo je prvi došao do ovog zaključka.

S druge strane, lako je vidjeti da kada se brzina nekog tijela promijeni, uvijek se detektira utjecaj drugih tijela na njega. Iz ovoga se može zaključiti da tijelo dovoljno udaljeno od drugih tijela i zbog toga se bez interakcije s njima kreće konstantnom brzinom.

Gibanje je relativno, stoga ima smisla govoriti samo o kretanju tijela u odnosu na referentni okvir povezan s drugim tijelom. Odmah se postavlja pitanje: hoće li se slobodno tijelo kretati konstantnom brzinom u odnosu na bilo koje drugo tijelo? Odgovor je, naravno, ne. Dakle, ako se u odnosu na Zemlju slobodno tijelo kreće pravocrtno i jednoliko, onda se u odnosu na rotirajući vrtuljak tijelo sigurno neće kretati na ovaj način.

Promatranja gibanja tijela i razmišljanja o prirodi tih gibanja dovode nas do zaključka da se slobodna tijela gibaju konstantnom brzinom, barem s obzirom na određena tijela i njihove pridružene referentne okvire. Na primjer, u odnosu na Zemlju. Ovo je glavni sadržaj zakona inercije.

Tako Prvi Newtonov zakon može se formulirati ovako:

postoje takvi referentni okviri u odnosu na koje tijelo (materijalna točka), u nedostatku vanjskih utjecaja na njega (ili uz njihovu međusobnu kompenzaciju), zadržava stanje mirovanja ili jednoliko pravocrtno gibanje.

Inercijski referentni okvir

Prvi Newtonov zakon tvrdi (ovo se može eksperimentalno provjeriti s različitim stupnjevima točnosti) da inercijski sustavi stvarno postoje. Ovaj zakon mehanike postavlja inercijalne referentne okvire u poseban, privilegiran položaj.

referentni sustavi, u kojima je zadovoljen prvi Newtonov zakon, nazivaju se inercijskim.

Inercijski referentni okviri- to su sustavi u odnosu na koje materijalna točka, u nedostatku vanjskih utjecaja na nju ili njihove međusobne kompenzacije, miruje ili se kreće jednoliko i pravocrtno.

Postoji beskonačan broj inercijskih sustava. Referentni okvir povezan s vlakom koji se kreće stalnom brzinom duž ravnog dijela pruge također je inercijski okvir (približno), poput okvira povezanog sa Zemljom. Svi inercijski referentni okviri čine klasu okvira koji se gibaju jedan u odnosu na drugi jednoliko i pravocrtno. Ubrzanja bilo kojeg tijela u različitim inercijskim okvirima su ista.

Kako utvrditi da je dati referentni okvir inercijalan? To se može učiniti samo iskustvom. Promatranja pokazuju da se s vrlo visokim stupnjem točnosti heliocentrični okvir može smatrati inercijskim referentnim okvirom, u kojem je ishodište koordinata povezano sa Suncem, a osi usmjerene prema određenim "fiksnim" zvijezdama. Referentni okviri koji su kruto povezani sa Zemljinom površinom, strogo govoreći, nisu inercijski, budući da se Zemlja kreće u orbiti oko Sunca i istovremeno rotira oko svoje osi. Međutim, kada se opisuju gibanja koja nemaju globalnu (tj. svjetsku) ljestvicu, referentni sustavi povezani sa Zemljom mogu se smatrati inercijskim s dovoljnom točnošću.

Inercijski referentni okviri su oni koji se kreću jednoliko i pravocrtno u odnosu na bilo koji inercijski referentni okvir..

Galileo je to ustanovio nema mehaničkih pokusa postavljenih unutar inercijalnog referentnog okvira, nemoguće je utvrditi miruje li ovaj okvir ili se kreće jednoliko i pravocrtno. Ova izjava se zove Galilejev princip relativnosti ili mehanički princip relativnosti.

Ovaj princip je naknadno razvio A. Einstein i jedan je od postulata specijalne teorije relativnosti. Inercijski referentni okviri igraju iznimno važnu ulogu u fizici, budući da, prema Einsteinovom principu relativnosti, matematički izraz bilo kojeg zakona fizike ima isti oblik u svakom inercijskom referentnom okviru. Ubuduće ćemo koristiti samo inercijalne sustave (bez da to svaki put spominjemo).

Zovu se referentni okviri u kojima prvi Newtonov zakon ne vrijedi neinercijalni i.

Takvi sustavi uključuju bilo koji referentni okvir koji se kreće akceleracijom u odnosu na inercijski referentni okvir.

U Newtonovoj mehanici, zakoni interakcije tijela formulirani su za klasu inercijalnih referentnih okvira.

Primjer mehaničkog eksperimenta u kojem se očituje neinercijalnost sustava povezanog sa Zemljom je ponašanje Foucaultovo njihalo. Ovo je naziv masivne kugle obješene na dovoljno dugoj niti i koja čini male oscilacije oko ravnotežnog položaja. Da je sustav povezan sa Zemljom inercijalan, ravnina titranja Foucaultovog njihala ostala bi nepromijenjena u odnosu na Zemlju. Zapravo, ravnina njihanja njihala rotira se zbog Zemljine rotacije, a projekcija putanje njihala na Zemljinu površinu izgleda poput rozete (slika 1.). Riža. 2

Književnost

Open Physics 2.5 (http://college.ru/physics/)
Fizika: Mehanika. 10. razred: Proc. za dubinski studij fizike / M.M. Balašov, A.I. Gomonova, A.B. Dolitsky i drugi; Ed. G.Ya. Myakishev. – M.: Drfa, 2002. – 496 str.

Prvi Newtonov zakon je formuliran na sljedeći način: tijelo koje nije podložno vanjskim utjecajima ili miruje ili se kreće pravocrtno i jednoliko. Takvo tijelo se zove besplatno, a njegovo kretanje - slobodno kretanje ili kretanje po inerciji. Svojstvo tijela da održava stanje mirovanja ili jednoliko pravocrtno gibanje u odsustvu utjecaja drugih tijela na njega naziva se inercija. Stoga se prvi Newtonov zakon naziva zakon inercije. Slobodna tijela, strogo govoreći, ne postoje. Međutim, prirodno je pretpostaviti da što je čestica udaljenija od drugih materijalnih objekata, to imaju manji utjecaj na nju. Zamislivši da se ti utjecaji smanjuju, dolazimo do granice ideje slobodnog tijela i slobodnog kretanja.

Nemoguće je eksperimentalno provjeriti pretpostavku o prirodi gibanja slobodne čestice, jer je nemoguće apsolutno pouzdano utvrditi činjenicu odsutnosti interakcije. Ovu situaciju je moguće samo s određenim stupnjem točnosti simulirati, koristeći eksperimentalnu činjenicu smanjenja interakcije između udaljenih tijela. Generaliziranje niza eksperimentalnih činjenica, kao i podudarnost posljedica koje proizlaze iz zakona s eksperimentalnim podacima, dokazuju njegovu valjanost. Pri kretanju tijelo zadržava brzinu što dulje, što na njega djeluju slabije druga tijela; na primjer, kamen koji klizi po nekoj površini pomiče se što je ta površina glatkija, odnosno što ta površina ima manji utjecaj na nju.

Mehaničko kretanje je relativno, a njegova priroda ovisi o referentnom okviru. U kinematici izbor referentnog sustava nije bio bitan. U dinamici to nije slučaj. Ako se u bilo kojem referentnom okviru tijelo giba pravolinijsko i jednoliko, onda u referentnom okviru koji se kreće u odnosu na prvi ubrzano, to više neće biti slučaj. Iz toga slijedi da zakon inercije ne može vrijediti u svim referentnim okvirima. Klasična mehanika postulira da postoji referentni okvir u kojem se sva slobodna tijela kreću pravocrtno i jednoliko. Takav referentni okvir naziva se inercijski referentni okvir (ISR). Sadržaj zakona tromosti, u biti, svodi se na tvrdnju da postoje takvi referentni okviri u kojima se tijelo, nepodvrgnuto vanjskim utjecajima, giba jednoliko i pravocrtno ili miruje.

Samo iskustvom je moguće utvrditi koji su referentni okviri inercijski, a koji neinercijalni. Pretpostavimo, na primjer, da govorimo o kretanju zvijezda i drugih astronomskih objekata u dijelu Svemira dostupnom našem promatranju. Odaberimo referentni okvir u kojem se Zemlja smatra nepomičnom (takav ćemo okvir nazvati zemaljskim okvirom). Hoće li biti inercijalno?

Možete odabrati zvijezdu kao slobodno tijelo. Doista, svaka zvijezda, s obzirom na svoju ogromnu udaljenost od drugih nebeskih tijela, praktički je slobodno tijelo. Međutim, u zemaljskom referentnom sustavu zvijezde svakodnevno rotiraju na nebeskom svodu i, posljedično, kreću se ubrzanjem usmjerenim prema središtu Zemlje. Dakle, kretanje slobodnog tijela (zvijezde) u zemaljskom referentnom sustavu se odvija kružno, a ne pravocrtno. Ne poštuje zakon tromosti, tako da zemaljski referentni okvir neće biti inercijalan.

Stoga je za rješavanje problema potrebno provjeriti inerciju ostalih referentnih okvira. Odaberimo Sunce kao referentno tijelo. Takav referentni okvir naziva se heliocentrični referentni okvir ili kopernikanski okvir. Koordinatne osi pridruženog koordinatnog sustava su ravne linije usmjerene na tri udaljene zvijezde koje ne leže u istoj ravnini (slika 2.1).

Dakle, kada se proučavaju kretanja koja se događaju na skali našeg planetarnog sustava, kao i bilo kojeg drugog sustava, čije su dimenzije male u odnosu na udaljenost do one tri zvijezde koje su odabrane kao referentne u Kopernikanovom sustavu, Kopernikanski sustav je praktički inercijski referentni okvir.

Primjer

Neinercijalnost zemaljskog referentnog sustava objašnjava se činjenicom da se Zemlja rotira oko svoje osi i oko Sunca, odnosno kreće se ubrzanom brzinom u odnosu na Kopernikanov okvir. Budući da se obje ove rotacije odvijaju sporo, zemaljski se sustav ponaša praktički kao inercijski sustav u odnosu na ogroman raspon pojava. Zato se uspostavljanje osnovnih zakona dinamike može započeti proučavanjem gibanja tijela u odnosu na Zemlju, apstrahirajući od njezine rotacije, odnosno uzimajući Zemlju za približno ISO.

SILA. TJELESNA MASA

Kao što pokazuje iskustvo, svaka promjena brzine tijela događa se pod utjecajem drugih tijela. U mehanici se proces promjene prirode gibanja pod utjecajem drugih tijela naziva međudjelovanjem tijela. Kako bi kvantificirao intenzitet ove interakcije, Newton je uveo pojam sile. Sile mogu uzrokovati ne samo promjenu brzine materijalnih tijela, već i njihovu deformaciju. Stoga se konceptu sile može dati sljedeća definicija: sila je kvantitativna mjera interakcije najmanje dvaju tijela, koja uzrokuje ubrzanje tijela ili promjenu oblika, ili oboje.

Primjer deformacije tijela pod djelovanjem sile je stisnuta ili rastegnuta opruga. Lako ga je koristiti kao standard sile: elastična sila koja djeluje na oprugu, rastegnutu ili stisnutu do određene mjere, uzima se kao jedinica sile. Koristeći takav standard, moguće je usporediti sile i proučavati njihova svojstva. Sile imaju sljedeća svojstva.

ü Sila je vektorska veličina i karakterizira je smjer, modul (brojčana vrijednost) i točka primjene. Sile koje djeluju na jedno tijelo zbrajaju se prema pravilu paralelograma.

ü Sila je uzrok ubrzanja. Smjer vektora ubrzanja paralelan je s vektorom sile.

ü Snaga ima materijalno porijeklo. Nema materijalnih tijela – nema sila.

Djelovanje sile ne ovisi o tome da li tijelo miruje ili se kreće.

ü Uz istodobno djelovanje više sila tijelo dobiva takvu akceleraciju, koju bi primilo pod djelovanjem rezultantne sile.

Posljednja izjava je sadržaj principa superpozicije sila. Načelo superpozicije temelji se na konceptu neovisnosti djelovanja sila: svaka sila daje isto ubrzanje tijelu koje se razmatra, bez obzira da li samo i th izvor sila ili svi izvori u isto vrijeme. To se može drugačije formulirati. Sila kojom jedna čestica djeluje na drugu ovisi o vektorima radijusa i brzinama samo te dvije čestice. Prisutnost drugih čestica ne utječe na ovu silu. Ovo svojstvo se zove zakon o neovisnosti djelovanje sila ili zakon međudjelovanja parova. Djelokrug ovog zakona pokriva svu klasičnu mehaniku.

S druge strane, za rješavanje mnogih problema može biti potrebno pronaći više sila koje bi svojim zajedničkim djelovanjem mogle zamijeniti jednu zadanu silu. Ta se operacija naziva razlaganjem zadane sile na komponente.

Iz iskustva je poznato da pri istim interakcijama različita tijela nejednako mijenjaju brzinu gibanja. Priroda promjene brzine kretanja ovisi ne samo o veličini sile i vremenu njezina djelovanja, već i o svojstvima samog tijela. Kao što iskustvo pokazuje, za dano tijelo, omjer svake sile koja djeluje na njega i akceleracije koju daje ta sila je konstantna vrijednost . Taj omjer ovisi o svojstvima ubrzanog tijela i naziva se inercijsku masu tijelo. Dakle, masa tijela definirana je kao omjer sile koja djeluje na tijelo i akceleracije koju ta sila javlja. Što je veća masa, to je veća sila potrebna da se tijelu prenese određeno ubrzanje. Tijelo se, takoreći, opire pokušaju promjene brzine.

Svojstvo tijela, koje se izražava u sposobnosti održavanja svog stanja u vremenu (brzina kretanja, smjer kretanja ili stanje mirovanja), naziva se inercija. Mjera tromosti tijela je njegova inercijska masa.Istim udarom okolnih tijela jedno tijelo može brzo promijeniti brzinu, a drugo, pod istim uvjetima, znatno sporije (slika 2.2). Uobičajeno je reći da drugo od ova dva tijela ima veću inerciju, ili, drugim riječima, drugo tijelo ima veću masu. U Međunarodnom sustavu jedinica (SI) tjelesna se težina mjeri u kilogramima (kg). Pojam mase ne može se svesti na jednostavnije pojmove. Što je masa tijela veća, to će pod djelovanjem iste sile postići manju akceleraciju. Što je sila veća, to je veće ubrzanje, a posljedično, što je veća konačna brzina, tijelo će se kretati.

Jedinica sile u SI sustavu jedinica je N (njutn). Jedan N (njutn) je brojčano jednak sili koja informira tijelo mase m = 1 kg ubrzanje .

Komentar.

Omjer vrijedi samo pri dovoljno malim brzinama. Kako se brzina povećava, taj se omjer mijenja, povećavajući se s brzinom.

NEWTONOV DRUGI ZAKON

Iz iskustva proizlazi da je u inercijskim referentnim okvirima ubrzanje tijela proporcionalno vektorskom zbroju svih sila koje na njega djeluju i obrnuto proporcionalno masi tijela:

Drugi Newtonov zakon izražava odnos između rezultante svih sila i ubrzanja koje uzrokuje:

Ovdje je promjena zamaha materijalne točke tijekom vremena. Postavimo vremenski interval na nulu:

onda dobivamo

	Među ekstremnim vrstama zabave posebno mjesto zauzimaju bungee jumping ili bungee jumping. U gradu Jeffrey Bay je najveći od registriranih "bungee" - 221 m. Čak je uvršten u Guinnessovu knjigu rekorda. Duljina užeta se izračunava tako da se osoba koja skače zaustavi na samom rubu vode ili je samo dotakne. Osobu koja skače drži elastična sila deformiranog užeta. Obično je kabel skup gumenih niti isprepletenih zajedno. Dakle, prilikom pada, sajla opruži, sprječavajući skakačeve noge da se otkače i dodajući dodatne senzacije skoku. U potpunom skladu s drugim Newtonovim zakonom, povećanje vremena interakcije između skakača i užeta dovodi do slabljenja sile koja djeluje iz užeta na osobu.
	Da biste pri igranju odbojke primili loptu koja leti velikom brzinom, potrebno je pomicati ruke u smjeru lopte. Istodobno se povećava vrijeme interakcije s loptom, pa se, u potpunosti u skladu s drugim Newtonovim zakonom, smanjuje veličina sile koja djeluje na ruke.

Predstavljen u ovom obliku, Newtonov drugi zakon sadrži novu fizikalnu veličinu - impuls. Pri brzinama blizu brzine svjetlosti u vakuumu, zamah postaje glavna veličina mjerena u eksperimentima. Stoga je jednadžba (2.2) generalizacija jednadžbe gibanja za relativističke brzine.

Kao što se može vidjeti iz jednadžbe (2.2), ako je , tada konstantna vrijednost, slijedi da je konstantna, odnosno da su zamah, a s njim i brzina materijalne točke koja se slobodno kreće, konstantni. Dakle, formalno je prvi Newtonov zakon posljedica drugog zakona. Zašto se onda izdvaja kao samostalan zakon? Činjenica je da jednadžba koja izražava drugi Newtonov zakon ima smisla samo kada je naznačen referentni okvir u kojem on vrijedi. To je prvi Newtonov zakon koji nam omogućuje da izdvojimo takav referentni okvir. On tvrdi da postoji referentni okvir u kojem se slobodna materijalna točka kreće bez ubrzanja. U takvom referentnom okviru, gibanje bilo koje materijalne točke pokorava se Newtonovoj jednadžbi gibanja. Dakle, u biti, prvi zakon se ne može smatrati jednostavnom logičnom posljedicom drugog. Veza između ovih zakona je dublja.

Iz jednadžbe (2.2) slijedi da je, to jest, beskonačno mala promjena zamaha u beskonačno malom vremenskom razdoblju jednaka umnošku, tzv. impuls sile.Što je veći zamah sile, to je veća promjena količine gibanja.

VRSTE SILA

Sva raznolikost interakcija koje postoje u prirodi svodi se na četiri vrste: gravitacijske, elektromagnetske, jake i slabe. Snažne i slabe interakcije značajne su na tako malim udaljenostima da Newtonovi zakoni mehanike više nisu primjenjivi. Sve makroskopske pojave u svijetu oko nas određene su gravitacijskim i elektromagnetskim interakcijama. Samo za ove vrste interakcija može se koristiti koncept sile u smislu Newtonove mehanike. Gravitacijske sile su najznačajnije u međudjelovanju velikih masa. Manifestacije elektromagnetskih sila iznimno su raznolike. Dobro poznate sile trenja, sile elastičnosti su elektromagnetske prirode. Budući da drugi Newtonov zakon određuje ubrzanje tijela bez obzira na prirodu sila koje daju akceleraciju, tada ćemo se u budućnosti koristiti takozvanim fenomenološkim pristupom: na temelju iskustva ustanovit ćemo kvantitativne obrasce za te sile.

elastične sile. Sile elastičnosti nastaju u tijelu na koje utječu druga tijela ili polja i povezane su s deformacijom tijela. Deformacije su posebna vrsta kretanja, odnosno pomicanje dijelova tijela jedan u odnosu na drugi pod djelovanjem vanjske sile. Kada je tijelo deformirano, mijenjaju se njegov oblik i volumen. Za čvrsta tijela razlikuju se dva granična slučaja deformacije: elastični i plastični. Deformacija se naziva elastičnom ako potpuno nestane nakon prestanka djelovanja sila deformacije. Kod plastičnih (neelastičnih) deformacija tijela nakon uklanjanja opterećenja djelomično zadržavaju promijenjeni oblik.

Elastične deformacije tijela su raznolike. Pod djelovanjem vanjske sile tijela se mogu rastezati i skupljati, savijati, uvijati itd. Ovom pomaku se suprotstavljaju sile interakcije između čestica čvrstog tijela, koje te čestice drže na određenoj udaljenosti jedna od druge. Stoga, uz bilo koju vrstu elastične deformacije, u tijelu nastaju unutarnje sile koje sprječavaju njegovu deformaciju. Sile koje nastaju u tijelu tijekom njegove elastične deformacije i usmjerene su protiv smjera pomaka čestica tijela uzrokovanih deformacijom nazivaju se elastične sile. Elastične sile djeluju u bilo kojem dijelu deformiranog tijela, kao i na mjestu njegovog kontakta s tijelom uzrokujući deformaciju.

Iskustvo pokazuje da je za male elastične deformacije veličina deformacije proporcionalna sili koja je uzrokuje (slika 2.3). Ova izjava se zove zakon Hooke.

Robert Hooke, 1635-1702

engleski fizičar. Rođen u Freshwateru na otoku Wight u obitelji svećenika, diplomirao je na Sveučilištu Oxford. Dok je još bio na sveučilištu, radio je kao asistent u laboratoriju Roberta Boylea, pomažući mu u izgradnji vakuumske pumpe za instalaciju na kojoj je otkriven Boyle-Mariotteov zakon. Kao suvremenik Isaaca Newtona, s njim je aktivno sudjelovao u radu Kraljevskog društva, a 1677. je ondje preuzeo mjesto znanstvenog tajnika. Kao i mnogi drugi znanstvenici tog vremena, Robert Hooke se zanimao za najrazličitija područja prirodnih znanosti i pridonio razvoju mnogih od njih. U svojoj monografiji "Mikrografija" objavio je mnoge skice mikroskopske strukture živih tkiva i drugih bioloških uzoraka te po prvi put uveo suvremeni pojam "žive stanice". U geologiji je prvi shvatio važnost geoloških slojeva i prvi se u povijesti bavio znanstvenim proučavanjem prirodnih katastrofa. Bio je jedan od prvih koji je iznio hipotezu da sila gravitacijskog privlačenja između tijela opada proporcionalno kvadratu udaljenosti između njih, a dvojica sunarodnjaka i suvremenika, Hooke i Newton, do kraja su života međusobno osporili pravo biti nazvan otkrićem zakona univerzalne gravitacije. Hooke je razvio i osobno izgradio niz važnih znanstvenih i mjernih instrumenata. Konkretno, on je bio prvi koji je predložio postavljanje križa od dvije tanke niti u okular mikroskopa, bio je prvi koji je predložio uzimanje točke smrzavanja vode kao nula na temperaturnoj skali, a također je izumio univerzalni zglob ( kardanski zglob).

Matematički izraz Hookeovog zakona za deformaciju jednostrane napetosti (kompresije) je:

gdje je elastična sila; - promjena duljine (deformacije) tijela; - koeficijent proporcionalnosti, ovisno o veličini i materijalu tijela, naziva se krutost. SI jedinica krutosti je njutn po metru (N/m). U slučaju jednostrane napetosti ili kompresije, sila elastičnosti je usmjerena duž ravne linije duž koje djeluje vanjska sila, uzrokujući deformaciju tijela, suprotno od smjera te sile i okomito na površinu tijela. Sila elastičnosti je uvijek usmjerena prema ravnotežnom položaju. Sila elastičnosti koja djeluje na tijelo sa strane oslonca ili ovjesa naziva se sila reakcije oslonca ili sila napetosti ovjesa.

Na . U ovom slučaju . Posljedično, Youngov modul je brojčano jednak takvom normalnom naprezanju koje je trebalo nastati u tijelu kada se njegova duljina udvostruči (ako je za tako veliku deformaciju ispunjen Hookeov zakon). Iz (2.3) se također može vidjeti da se u jedinicama SI Youngov modul mjeri u paskalima (). Za različite materijale Youngov modul uvelike varira. Za čelik, na primjer, i za gumu, otprilike, odnosno pet redova veličine manje.

Naravno, Hookeov zakon, čak ni u formi koju je poboljšao Jung, ne opisuje sve što se događa s čvrstim tijelom pod utjecajem vanjskih sila. Zamislite gumicu. Ako ga ne istegnete previše, sa strane gumice će nastati povratna sila elastične napetosti, a čim je otpustite, ona će se odmah skupiti i vratiti u prijašnji oblik. Ako dodatno rastegnete gumenu traku, ona će prije ili kasnije izgubiti elastičnost i osjetit ćete da se sila otpora na istezanje smanjila. Dakle, prešli ste takozvanu granicu elastičnosti materijala. Povučete li gumu dalje, nakon nekog vremena ona će se potpuno slomiti, a otpor će potpuno nestati. To znači da je prijeđena tzv. prijelomna točka. Drugim riječima, Hookeov zakon vrijedi samo za relativno male kompresije ili napetosti.

Predstavljamo vam video lekciju posvećenu temi „Inercijski referentni okviri. Prvi Newtonov zakon, koji je uključen u školski tečaj fizike za 9. razred. Na početku sata nastavnik će vas podsjetiti na važnost odabranog referentnog okvira. A zatim će govoriti o ispravnosti i značajkama odabranog referentnog sustava, a također će objasniti pojam "inercija".

U prethodnoj lekciji govorili smo o važnosti odabira referentnog okvira. Podsjetimo da će putanja, prijeđena udaljenost i brzina ovisiti o tome kako ćemo odabrati CO. Postoji niz drugih značajki povezanih s izborom referentnog sustava, a o njima ćemo govoriti.

Riža. 1. Ovisnost putanje pada tereta o izboru referentnog sustava

U sedmom razredu učili ste pojmove "tromost" i "tromost".

Inercija - Ovo fenomen, u kojem tijelo nastoji održati svoje izvorno stanje. Ako se tijelo kretalo, onda bi trebalo nastojati održati brzinu ovog kretanja. A ako miruje, nastojat će održati svoje stanje mirovanja.

inercija - Ovo imovine tijelo za održavanje stanja kretanja. Svojstvo inercije karakterizira takva veličina kao što je masa. Težina – mjera inercije tijela. Što je tijelo teže, to se teže kreće ili, obrnuto, zaustavlja.

Imajte na umu da su ovi koncepti izravno povezani s konceptom " inercijski referentni okvir» (ISO), o čemu će biti riječi u nastavku.

Razmotrimo gibanje tijela (ili stanje mirovanja) ako na tijelo ne djeluju druga tijela. Zaključak o tome kako će se tijelo ponašati u odsutnosti djelovanja drugih tijela prvi je predložio Rene Descartes (slika 2), a nastavio ga je u Galileovim pokusima (slika 3).

Riža. 2. Rene Descartes

Riža. 3. Galileo Galilei

Ako se tijelo giba, a na njega ne djeluju nikakva druga tijela, tada će kretanje biti očuvano, ostat će pravocrtno i jednolično. Ako druga tijela ne djeluju na tijelo, a tijelo miruje, tada će stanje mirovanja biti očuvano. No, poznato je da je stanje mirovanja povezano s referentnim okvirom: u jednom FR tijelo miruje, a u drugom se kreće prilično uspješno i brzo. Rezultati pokusa i razmišljanja dovode do zaključka da se tijelo neće u svim referentnim okvirima kretati pravocrtno i jednoliko ili mirovati u odsutnosti drugih tijela koja na njega djeluju.

Posljedično, da bi se riješio glavni problem mehanike, važno je odabrati takav sustav izvješćivanja, gdje je zakon inercije ipak ispunjen, gdje je jasan razlog koji je izazvao promjenu gibanja tijela. Ako se tijelo giba pravocrtno i jednoliko u odsutnosti djelovanja drugih tijela, takav referentni okvir će nam biti poželjniji i on će se zvati inercijski referentni okvir(ISO).

Aristotelovo stajalište o uzroku kretanja

Inercijski referentni okvir je prikladan model za opisivanje gibanja tijela i razloga koji uzrokuju takvo gibanje. Po prvi put se ovaj koncept pojavio zahvaljujući Isaacu Newtonu (slika 5.).

Riža. 5. Isaac Newton (1643.-1727.)

Stari Grci su pokret zamišljali na potpuno drugačiji način. Upoznat ćemo se s aristotelovskim stajalištem o kretanju (slika 6).

Riža. 6. Aristotel

Prema Aristotelu, postoji samo jedan inercijski referentni okvir – referentni okvir povezan sa Zemljom. Svi ostali referentni sustavi, prema Aristotelu, su sekundarni. Sukladno tome, sva kretanja se mogu podijeliti u dvije vrste: 1) prirodna, odnosno ona koja izvještava Zemlja; 2) prisilno, odnosno sve ostalo.

Najjednostavniji primjer prirodnog gibanja je slobodan pad tijela na Zemlju, budući da Zemlja u ovom slučaju tijelu daje brzinu.

Razmotrimo primjer prisilnog kretanja. To je situacija kada konj vuče kola. Dok god konj djeluje silom, kola se kreću (slika 7). Čim je konj stao, stala su i kola. Nema snage, nema brzine. Prema Aristotelu, sila je ta koja objašnjava prisutnost brzine u tijelu.

Riža. 7. Prisilno kretanje

Do sada su neki obični ljudi Aristotelovo stajalište smatrali poštenim. Na primjer, pukovnik Friedrich Kraus von Zillergut iz Pustolovine dobrog vojnika Schweika tijekom svjetskog rata pokušao je ilustrirati načelo "Nema snage - nema brzine": "Kada je sav benzin izašao", rekao je pukovnik, "auto je bio prisiljen prestati. Ovo sam jučer vidio. I nakon toga još pričaju o inerciji, gospodo. Ne ide, stoji, ne miče se s mjesta. Bez benzina! Pa, zar nije smiješno?

Kao i u modernom šou biznisu, gdje ima obožavatelja, uvijek će biti kritičara. Aristotel je imao i svoje kritičare. Predložili su mu da napravi sljedeći pokus: pusti tijelo i ono će pasti točno ispod mjesta gdje smo ga pustili. Navedimo primjer kritike Aristotelove teorije, sličan primjerima njegovih suvremenika. Zamislite da leteći avion izbacuje bombu (slika 8). Hoće li bomba pasti točno ispod mjesta gdje smo je pustili?

Riža. 8. Ilustracija na primjer

Naravno da ne. Ali na kraju krajeva, ovo je prirodno kretanje – kretanje koje je Zemlja izvijestila. Što onda tjera ovu bombu da se kreće dalje i dalje? Aristotel je ovako odgovorio: činjenica je da je prirodno kretanje koje izvještava Zemlja pad ravno prema dolje. Ali kada se kreće u zraku, bombu odnesu njezine turbulencije, a te turbulencije, takoreći, guraju bombu naprijed.

Što će se dogoditi ako se ukloni zrak i stvori vakuum? Uostalom, ako nema zraka, tada bi, prema Aristotelu, bomba trebala pasti strogo ispod mjesta gdje je bačena. Aristotel je tvrdio da ako nema zraka, onda je takva situacija moguća, ali zapravo u prirodi nema praznine, nema vakuuma. A ako nema vakuuma, nema problema.

I samo je Galileo Galilei formulirao načelo inercije u obliku na koji smo navikli. Razlog promjene brzine je djelovanje drugih tijela na tijelo. Ako druga tijela ne djeluju na tijelo ili se to djelovanje kompenzira, tada se brzina tijela neće promijeniti.

O inercijskom referentnom okviru možemo iznijeti sljedeće razmišljanje. Zamislite situaciju u kojoj se automobil kreće, zatim vozač ugasi motor, a zatim se automobil kreće po inerciji (slika 9). Ali ovo je netočna izjava iz jednostavnog razloga što će se tijekom vremena automobil zaustaviti kao rezultat sile trenja. Stoga, u ovom slučaju neće biti jednolikog kretanja - jedan od uvjeta je odsutan.

Riža. 9. Brzina automobila se mijenja kao posljedica sile trenja

Razmotrimo još jedan slučaj: veliki, veliki traktor kreće se stalnom brzinom, dok ispred sebe vuče veliki teret s kantom. Takvo kretanje možemo smatrati pravolinijskim i jednoličnim, jer se u tom slučaju sve sile koje djeluju na tijelo kompenziraju i međusobno uravnotežuju (slika 10.). Dakle, referentni okvir povezan s ovim tijelom možemo smatrati inercijskim.

Riža. 10. Traktor se kreće ravnomjerno i pravocrtno. Djelovanje svih tijela je kompenzirano

Može postojati mnogo inercijskih referentnih okvira. U stvarnosti je, međutim, takav referentni okvir još uvijek idealiziran, budući da nakon detaljnijeg razmatranja ne postoje takvi referentni okviri u punom smislu. ISO je vrsta idealizacije koja vam omogućuje učinkovitu simulaciju stvarnih fizičkih procesa.

Za inercijalne referentne sustave vrijedi Galileova formula za zbrajanje brzina. Također imajte na umu da se svi referentni okviri, o kojima smo prije govorili, u nekoj aproksimaciji mogu smatrati inercijskim.

Isaac Newton je bio prvi koji je formulirao zakon posvećen ISO-u. Newtonova zasluga je u tome što je prvi znanstveno pokazao da se brzina tijela koje se kreće ne mijenja trenutno, već kao rezultat nekog djelovanja tijekom vremena. Ta je činjenica bila temelj za stvaranje zakona, koji nazivamo prvim Newtonovim zakonom.

Prvi Newtonov zakon : postoje referentni sustavi u kojima se tijelo giba pravocrtno i jednoliko ili miruje ako na tijelo ne djeluju sile ili su sve sile koje djeluju na tijelo kompenzirane. Takvi referentni okviri nazivaju se inercijskim.

Na drugi način, ponekad kažu ovo: inercijski referentni okvir je okvir u kojem su ispunjeni Newtonovi zakoni.

Zašto je Zemlja neinercijalni CO. Foucaultovo njihalo

U velikom broju zadataka potrebno je razmotriti gibanje tijela u odnosu na Zemlju, dok Zemlju smatramo inercijskim referentnim okvirom. Ispada da ova izjava nije uvijek istinita. Ako uzmemo u obzir kretanje Zemlje u odnosu na svoju os ili u odnosu na zvijezde, onda se to kretanje odvija s određenim ubrzanjem. SO, koji se kreće s određenim ubrzanjem, ne može se smatrati inercijskim u punom smislu.

Zemlja se okreće oko svoje osi, što znači da sve točke koje leže na njezinoj površini kontinuirano mijenjaju smjer svoje brzine. Brzina je vektorska veličina. Ako se njegov smjer promijeni, tada se pojavljuje neko ubrzanje. Stoga, Zemlja ne može biti ispravan ISO. Ako izračunamo ovo ubrzanje za točke koje se nalaze na ekvatoru (točke koje imaju maksimalno ubrzanje u odnosu na točke bliže polovima), tada će njegova vrijednost biti . Indeks pokazuje da je akceleracija centripetalna. U usporedbi s ubrzanjem uslijed gravitacije, ubrzanje se može zanemariti i Zemlja se može smatrati inercijskim referentnim okvirom.

Međutim, tijekom dugotrajnih promatranja ne treba zaboraviti na rotaciju Zemlje. To je uvjerljivo pokazao francuski znanstvenik Jean Bernard Leon Foucault (slika 11.).

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

Foucaultovo njihalo(slika 12) - to je ogromna težina obješena na vrlo dugu nit.

Riža. 12. Model Foucaultovog njihala

Ako se Foucaultovo njihalo izvadi iz ravnoteže, ono će opisivati sljedeću putanju osim ravne (slika 13.). Pomak njihala je posljedica rotacije Zemlje.

Riža. 13. Oscilacije Foucaultovog njihala. Pogled odozgo.

Rotacija Zemlje je posljedica niza zanimljivih činjenica. Na primjer, u rijekama sjeverne hemisfere, u pravilu je desna obala strmija, a lijeva je pitomija. U rijekama južne hemisfere - naprotiv. Sve je to posljedica upravo rotacije Zemlje i rezultirajuće Coriolisove sile.

O pitanju formulacije prvog Newtonova zakona

Prvi Newtonov zakon: ako na tijelo ne djeluju nijedno tijelo ili je njihovo djelovanje međusobno uravnoteženo (kompenzirano), tada će ovo tijelo mirovati ili će se kretati jednoliko i pravocrtno.

Razmotrimo situaciju koja će nam ukazati da takvu formulaciju prvog Newtonova zakona treba ispraviti. Zamislite vlak sa zavjesama na prozorima. U takvom vlaku putnik ne može utvrditi kreće li se vlak ili ne po predmetima izvana. Razmotrimo dva referentna okvira: FR povezan s putnikom Volodya i FR povezan s promatračem na platformi Katya. Vlak počinje ubrzavati, brzina mu se povećava. Što će se dogoditi s jabukom na stolu? Zakotrljat će se u suprotnom smjeru. Za Katju će biti očito da se jabuka kreće po inerciji, ali za Volodju će to biti neshvatljivo. Ne vidi da je vlak krenuo, a odjednom se po njemu počinje kotrljati jabuka koja je ležala na stolu. Kako to može biti? Uostalom, prema prvom Newtonovom zakonu, jabuka mora mirovati. Stoga je potrebno unaprijediti definiciju prvog Newtonova zakona.

Riža. 14. Primjer ilustracije

Točna formulacija Newtonovog prvog zakona zvuči ovako: postoje referentni sustavi u kojima se tijelo kreće pravocrtno i jednoliko ili miruje ako na tijelo ne djeluju sile ili su sve sile koje djeluju na tijelo kompenzirane.

Volodja je u neinercijskom referentnom okviru, a Katja u inercijskom.

Većina sustava, pravi referentni sustavi - neinercijski. Razmotrite jednostavan primjer: sjedeći u vlaku, stavite neko tijelo (na primjer, jabuku) na stol. Kad se vlak počne kretati, promatrat ćemo tako zanimljivu sliku: jabuka će se kretati, kotrljati se u smjeru suprotnom kretanju vlaka (slika 15.). U ovom slučaju nećemo moći odrediti koja tijela djeluju, tjeraju jabuku da se kreće. U ovom slučaju se kaže da je sustav neinercijalan. Ali možete izaći iz situacije ulaskom sila inercije.

Riža. 15. Primjer neinercijalnog CO

Drugi primjer: kada se tijelo kreće po zaobljenju ceste (slika 16), javlja se sila koja uzrokuje odstupanje tijela od pravocrtnog smjera gibanja. U ovom slučaju također moramo uzeti u obzir neinercijski referentni okvir, ali, kao i u prethodnom slučaju, iz situacije možemo izaći i uvođenjem tzv. sile inercije.

Riža. 16. Sile inercije pri kretanju po zaobljenom putu

Zaključak

Postoji beskonačan broj referentnih sustava, ali većina njih su oni koje ne možemo smatrati inercijskim referentnim sustavima. Inercijski referentni okvir je idealizirani model. Usput, takav referentni sustav možemo uzeti kao referentni sustav povezan sa Zemljom ili nekim udaljenim objektima (na primjer, sa zvijezdama).

Bibliografija

Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizika: Udžbenik za 9. razred gimnazije. - M.: Prosvjeta.
Peryshkin A.V., Gutnik E.M. Fizika. 9. razred: udžbenik za opće obrazovanje. institucije / A. V. Peryshkin, E. M. Gutnik. - 14. izd., stereotip. - M.: Drfa, 2009. - 300.
Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. Fizika: Priručnik s primjerima rješavanja problema. - 2. izdanje, redistribucija. - X .: Vesta: Izdavačka kuća "Ranok", 2005. - 464 str.

Internetski portal "physics.ru" ()
Internetski portal "ens.tpu.ru" ()
Internetski portal "prosto-o-slognom.ru" ()

Domaća zadaća

Formulirati definicije inercijskih i neinercijalnih referentnih okvira. Navedite primjere takvih sustava.
Navedite prvi Newtonov zakon.
U ISO-u tijelo miruje. Odredi kolika je vrijednost njegove brzine u IFR-u, koja se giba brzinom u odnosu na prvi referentni okvir v?

Ekvivalentna je sljedeća formulacija, prikladna za korištenje u teorijskoj mehanici: "Zove se inercijski referentni okvir u odnosu na koji je prostor homogen i izotropan, a vrijeme homogeno". Newtonovi zakoni, kao i svi ostali aksiomi dinamike u klasičnoj mehanici, formulirani su u odnosu na inercijalne referentne sustave.

Termin "inercijalni sustav" (njemački Inertialsystem) predložen je 1885. Ludwig Lange?! a značilo je koordinatni sustav u kojem vrijede Newtonovi zakoni. Kako ga je zamislio Lange, ovaj je termin trebao zamijeniti koncept apsolutnog prostora koji je u tom razdoblju bio podvrgnut razornoj kritici. S pojavom teorije relativnosti, koncept je generaliziran na "inercijalni referentni okvir".

Enciklopedijski YouTube

1 / 3

✪ Inercijski referentni sustavi. Prvi Newtonov zakon | Fizika 9. razred #10 | info lekcija

✪ Što su inercijski referentni okviri Newtonov prvi zakon

✪ Inercijski i neinercijski referentni okviri (1)

titlovi

Svojstva inercijalnih referentnih okvira

Svaki referentni okvir koji se kreće jednoliko, pravolinijski i bez rotacije u odnosu na IFR također je IFR. Prema načelu relativnosti, svi su IFR jednaki, a svi zakoni fizike invarijantni su s obzirom na prijelaz s jednog IFR-a na drugi. To znači da manifestacije zakona fizike u njima izgledaju isto, a zapisi tih zakona imaju isti oblik u različitim ISO-ovima.

Pretpostavka postojanja barem jednog IFR-a u izotropnom prostoru dovodi do zaključka da postoji beskonačan skup takvih sustava koji se međusobno gibaju jednolično, pravolinijsko i translacijsko svim mogućim brzinama. Ako IFR postoje, tada će prostor biti homogen i izotropan, a vrijeme će biti homogeno; prema Noetherovom teoremu, homogenost prostora s obzirom na pomake dat će zakon održanja količine gibanja, izotropija će dovesti do očuvanja količine gibanja, a homogenost vremena sačuvat će energiju tijela koje se kreće.

Ako brzine relativnog gibanja IFR-ova ostvarenih stvarnim tijelima mogu poprimiti bilo koju vrijednost, veza između koordinata i vremenskih trenutaka bilo kojeg "događaja" u različitim IFR-ovima provodi se Galilejevim transformacijama.

Povezivanje sa stvarnim referentnim sustavima

Apsolutno inercijski sustavi su matematička apstrakcija i ne postoje u prirodi. Međutim, postoje referentni okviri u kojima relativno ubrzanje tijela dovoljno udaljenih jedno od drugog (mjereno Dopplerovim efektom) ne prelazi 10 −10 m/s², na primjer,