Kerangka acuan inersia secara singkat fisika. Kerangka acuan inersia: hukum pertama Newton

Sebuah kerangka acuan yang bergerak (relatif terhadap bintang-bintang) secara seragam dan lurus (yaitu, dengan inersia) disebut inersia. Jelas, ada tak terhitung banyaknya kerangka acuan seperti itu, karena setiap kerangka yang bergerak secara seragam dan lurus relatif terhadap beberapa kerangka acuan inersia juga inersia.Rangka acuan yang bergerak (berkenaan dengan kerangka inersia) dengan percepatan disebut non-inersia.

Pengalaman menunjukkan bahwa

dalam semua kerangka acuan inersia, semua proses mekanis berlangsung dengan cara yang persis sama (dalam kondisi yang sama).

Posisi ini, yang disebut prinsip relativitas mekanik (atau prinsip relativitas Galileo), dirumuskan pada tahun 1636 oleh Galileo. Galileo menjelaskannya dengan contoh proses mekanis yang terjadi di kabin kapal yang berlayar secara merata dan lurus di laut yang tenang. Bagi pengamat di kabin, osilasi bandul, jatuhnya benda dan proses mekanis lainnya berlangsung dengan cara yang persis sama seperti pada kapal yang diam. Oleh karena itu, mengamati proses-proses ini, tidak mungkin untuk menentukan besaran kecepatan, atau bahkan fakta pergerakan kapal itu sendiri. Untuk menilai gerakan kapal sehubungan dengan sistem referensi apa pun (misalnya, permukaan laut), perlu untuk mengamati sistem ini juga (untuk melihat bagaimana benda-benda yang tergeletak di atas air bergerak menjauh, dll.).

Pada awal abad XX. ternyata tidak hanya mekanik, tetapi juga termal, listrik, optik dan semua proses dan fenomena alam lainnya berlangsung dengan cara yang persis sama di semua kerangka acuan inersia. Atas dasar ini, Einstein pada tahun 1905 merumuskan prinsip relativitas umum, yang kemudian disebut prinsip relativitas Einstein:

dalam semua kerangka acuan inersia, semua proses fisik berjalan dengan cara yang persis sama (dalam kondisi yang sama).

Prinsip ini, bersama dengan proposisi bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa tidak bergantung pada gerakan sumber cahaya (lihat 20), membentuk dasar teori relativitas khusus yang dikembangkan oleh Einstein.

Hukum Newton dan hukum dinamika lainnya yang kita bahas hanya terpenuhi dalam kerangka acuan inersia. Dalam kerangka acuan non-inersia, hukum-hukum ini, secara umum, tidak lagi berlaku. Pertimbangkan contoh sederhana untuk memperjelas pernyataan terakhir.

Pada platform yang sangat halus, bergerak seragam dan lurus, terletak sebuah bola bermassa pada platform yang sama adalah seorang pengamat. Pengamat lain berdiri di Bumi tidak jauh dari tempat peron akan dilewati. Jelas bahwa kedua pengamat terhubung dengan kerangka acuan inersia.

Biarkan sekarang, pada saat melewati pengamat yang terhubung dengan Bumi, platform mulai bergerak dengan percepatan a, yaitu, menjadi kerangka acuan non-inersia. Dalam hal ini, bola, yang sebelumnya diam relatif terhadap platform, akan mulai (relatif terhadapnya) bergerak dengan percepatan a, berlawanan arah dan sama besarnya dengan percepatan yang diperoleh platform. Mari kita cari tahu seperti apa perilaku bola dari sudut pandang masing-masing pengamat.

Untuk pengamat yang terkait dengan sistem referensi inersia - Bumi, bola terus bergerak secara seragam dan lurus sepenuhnya sesuai dengan hukum inersia (karena tidak ada gaya yang bekerja padanya, kecuali gravitasi, diimbangi oleh reaksi penyangga).

Pengamat yang terkait dengan sistem referensi non-inersia - sebuah platform, memiliki gambaran yang berbeda: bola mulai bergerak dan memperoleh percepatan - tetapi tanpa pengaruh gaya (karena pengamat tidak mendeteksi dampak pada bola dari benda lain mana pun yang memberikan percepatan pada bola). Ini jelas bertentangan dengan hukum inersia. Hukum kedua Newton juga tidak terpenuhi: dengan menerapkannya, pengamat akan memperoleh bahwa (gaya) a ini tidak mungkin, karena baik maupun a tidak sama dengan nol.

Akan tetapi, dimungkinkan untuk membuat hukum dinamika dapat diterapkan pada deskripsi gerakan dalam kerangka acuan non-inersia, jika kita memasukkan gaya-gaya pertimbangan dari jenis khusus - gaya-gaya inersia. Kemudian, dalam contoh kita, pengamat yang terhubung ke platform dapat mengasumsikan bahwa bola bergerak di bawah aksi gaya inersia

Pengenalan gaya inersia memungkinkan untuk menuliskan hukum kedua Newton (dan konsekuensinya) dalam bentuk biasa (lihat 7); hanya di bawah gaya kerja sekarang perlu untuk memahami resultan dari gaya "biasa" dan gaya inersia

di mana adalah massa tubuh dan percepatannya.

Kami menyebut gaya gaya inersia "jenis khusus", pertama, karena mereka hanya bertindak dalam kerangka acuan non-inersia, dan, kedua, karena bagi mereka, tidak seperti gaya "biasa", tidak mungkin untuk menunjukkan benda lain mana (pada tubuh yang bersangkutan), mereka dikondisikan. Jelas, untuk alasan ini, tidak mungkin untuk menerapkan hukum ketiga Newton (dan konsekuensinya) pada gaya inersia; ini adalah fitur ketiga dari gaya inersia.

Ketidakmungkinan untuk menentukan tubuh individu, yang tindakannya (pada tubuh yang dipertimbangkan) disebabkan oleh gaya inersia, tidak berarti, tentu saja, bahwa munculnya gaya-gaya ini sama sekali tidak terkait dengan tindakan bahan apa pun. tubuh. Ada alasan serius untuk berasumsi bahwa gaya inersia disebabkan oleh aksi seluruh rangkaian benda Semesta (massa Alam Semesta secara keseluruhan).

Faktanya adalah bahwa ada kesamaan besar antara gaya inersia dan gaya gravitasi: keduanya sebanding dengan massa tubuh tempat mereka bekerja, dan oleh karena itu percepatan yang diberikan ke tubuh oleh masing-masing gaya ini tidak bergantung pada massa tubuh. Dalam kondisi tertentu, kekuatan-kekuatan ini tidak dapat dibedakan sama sekali. Mari, misalnya, sebuah pesawat ruang angkasa bergerak dengan percepatan (karena pengoperasian mesin) di suatu tempat di luar angkasa. Kosmonot di dalamnya akan mengalami gaya yang menekannya ke "lantai" (dinding belakang dalam kaitannya dengan arah gerakan) pesawat ruang angkasa. Gaya ini akan menciptakan efek yang persis sama dan akan menyebabkan sensasi yang sama pada astronot seperti yang akan ditimbulkan oleh gaya gravitasi yang sesuai.

Jika seorang astronot percaya bahwa kapalnya bergerak dengan percepatan relatif terhadap alam semesta, maka ia akan menyebut gaya yang bekerja padanya sebagai gaya inersia. Jika kosmonot menganggap kapalnya tidak bergerak, dan Semesta bergegas melewati kapal dengan percepatan yang sama a, maka ia akan menyebut gaya ini sebagai gaya gravitasi. Dan kedua sudut pandang akan benar-benar sama. Tidak ada eksperimen yang dilakukan di dalam kapal yang dapat membuktikan kebenaran salah satu sudut pandang dan kekeliruan sudut pandang lainnya.

Dari contoh-contoh yang dipertimbangkan dan contoh serupa lainnya, gerakan dipercepat dari kerangka acuan setara (berdasarkan efeknya pada benda) dengan munculnya gaya gravitasi yang sesuai. Posisi ini disebut prinsip kesetaraan gaya gravitasi dan inersia (prinsip kesetaraan Einstein); prinsip ini adalah dasar dari teori relativitas umum.

Gaya-gaya inersia timbul tidak hanya pada gerak lurus, tetapi juga pada kerangka acuan non-inersia yang berotasi. Misalnya, pada bidang horizontal yang dapat berputar di sekitar sumbu vertikal, ada benda bermassa yang dihubungkan dengan pusat rotasi O dengan tali karet (Gbr. 18). Jika platform mulai berputar dengan kecepatan sudut (dan, akibatnya, berubah menjadi sistem non-inersia), maka karena gesekan, benda juga akan terlibat dalam rotasi. Namun, itu akan bergerak dalam arah radial dari pusat platform sampai gaya elastis yang meningkat dari tali peregangan menghentikan gerakan ini. Kemudian tubuh akan mulai berputar pada jarak dari pusat O.

Dari sudut pandang seorang pengamat yang terhubung dengan platform, pergerakan bola relatif terhadapnya disebabkan oleh suatu gaya, yaitu gaya inersia, karena tidak disebabkan oleh aksi benda tertentu lainnya pada bola; itu disebut gaya sentrifugal inersia. Jelas, gaya sentrifugal inersia sama besarnya dan berlawanan arah dengan gaya elastis tali yang diregangkan, yang memainkan peran gaya sentripetal yang bekerja pada benda yang berputar terhadap kerangka inersia (lihat 13) Oleh karena itu

oleh karena itu, gaya sentrifugal inersia sebanding dengan jarak benda dari sumbu rotasi.

Kami menekankan bahwa gaya sentrifugal inersia tidak boleh disamakan dengan gaya sentrifugal "biasa" yang disebutkan di akhir 13. Ini adalah gaya yang berbeda sifat yang diterapkan pada objek yang berbeda: gaya sentrifugal inersia diterapkan pada benda, dan gaya sentrifugal diterapkan pada sambungan.

Sebagai kesimpulan, kami mencatat bahwa dari sudut pandang prinsip kesetaraan gaya gravitasi dan inersia, penjelasan sederhana diberikan untuk pengoperasian semua mekanisme sentrifugal: pompa, pemisah, dll. (lihat 13).

Mekanisme sentrifugal apa pun dapat dianggap sebagai sistem non-inersia yang berputar, yang menyebabkan munculnya medan gravitasi dengan konfigurasi radial, yang dalam area terbatas secara signifikan melebihi medan gravitasi terestrial. Di bidang ini, partikel yang lebih padat dari media yang berputar atau partikel yang terikat lemah padanya bergerak menuju pinggirannya (seolah-olah mereka pergi "ke bawah").

Hukum pertama mekanika, atau hukum inersia ( kelembaman- ini adalah properti tubuh untuk mempertahankan kecepatan mereka tanpa adanya aksi tubuh lain di atasnya ), seperti yang sering disebut, didirikan oleh Galileo. Tetapi Newton memberikan rumusan yang tegas tentang hukum ini dan memasukkannya ke dalam hukum-hukum dasar mekanika. Hukum inersia mengacu pada kasus gerak yang paling sederhana - gerakan benda yang tidak terpengaruh oleh benda lain. Badan seperti itu disebut benda bebas.

Tidak mungkin menjawab pertanyaan tentang bagaimana benda bebas bergerak tanpa mengacu pada pengalaman. Namun, tidak mungkin untuk membuat satu eksperimen yang akan menunjukkan dalam bentuk murni bagaimana sebuah benda yang tidak berinteraksi dengan apapun bergerak, karena tidak ada benda seperti itu. Bagaimana menjadi?

Hanya ada satu jalan keluar. Penting untuk menciptakan kondisi bagi tubuh di mana pengaruh pengaruh eksternal dapat dibuat lebih kecil dan lebih kecil, dan mengamati apa yang mengarah pada hal ini. Adalah mungkin, misalnya, untuk mengamati pergerakan batu halus pada permukaan horizontal setelah kecepatan tertentu diberikan padanya. (Daya tarik sebuah batu ke tanah diimbangi oleh aksi permukaan tempat batu itu berada, dan hanya gesekan yang mempengaruhi kecepatannya.) Akan tetapi, mudah untuk menemukan bahwa semakin halus permukaannya, semakin lambat kecepatan batu itu akan berkurang. Di atas es yang licin, batu meluncur untuk waktu yang sangat lama, tanpa mengubah kecepatan secara nyata. Gesekan dapat dikurangi seminimal mungkin dengan menggunakan bantalan udara - pancaran udara yang menopang tubuh di atas permukaan padat di mana gerakan terjadi. Prinsip ini digunakan dalam transportasi air (hovercraft). Berdasarkan pengamatan tersebut, kita dapat menyimpulkan bahwa jika permukaannya benar-benar halus, maka tanpa adanya hambatan udara (dalam ruang hampa), batu tidak akan mengubah kecepatannya sama sekali. Galileo pertama kali sampai pada kesimpulan ini.

Di sisi lain, mudah untuk melihat bahwa ketika kecepatan suatu benda berubah, pengaruh benda lain terhadapnya selalu terdeteksi. Dari sini dapat disimpulkan bahwa tubuh yang cukup jauh dari tubuh lain dan karena alasan ini tidak berinteraksi dengan mereka bergerak dengan kecepatan konstan.

Gerak itu relatif, oleh karena itu masuk akal untuk berbicara hanya tentang gerak suatu benda sehubungan dengan kerangka acuan yang terkait dengan benda lain. Pertanyaan segera muncul: akankah benda bebas bergerak dengan kecepatan konstan terhadap benda lain? Jawabannya tentu saja tidak. Jadi, jika dalam kaitannya dengan Bumi, sebuah benda bebas bergerak dalam garis lurus dan seragam, maka dalam kaitannya dengan korsel yang berputar, benda itu jelas tidak akan bergerak dengan cara ini.

Pengamatan gerakan benda dan refleksi pada sifat gerakan ini membawa kita pada kesimpulan bahwa benda bebas bergerak dengan kecepatan konstan, setidaknya sehubungan dengan benda tertentu dan kerangka acuan yang terkait. Misalnya, dalam kaitannya dengan Bumi. Ini adalah isi utama dari hukum inersia.

Jadi hukum pertama Newton dapat dirumuskan seperti ini:

ada kerangka acuan seperti itu, yang relatif terhadap tubuh (titik material), tanpa adanya pengaruh eksternal di atasnya (atau dengan kompensasi timbal baliknya), mempertahankan keadaan istirahat atau gerakan bujursangkar yang seragam.

Kerangka acuan inersia

hukum pertama Newton menegaskan (ini dapat diverifikasi secara eksperimental dengan berbagai tingkat akurasi) bahwa sistem inersia benar-benar ada. Hukum mekanika ini menempatkan kerangka acuan inersia pada posisi istimewa dan istimewa.

sistem referensi, di mana hukum pertama Newton dipenuhi, disebut inersia.

Kerangka acuan inersia- ini adalah sistem dimana suatu titik material, tanpa adanya pengaruh eksternal di atasnya atau kompensasi timbal baliknya, diam atau bergerak secara seragam dan lurus.

Ada banyak sekali sistem inersia. Kerangka acuan yang terkait dengan kereta api yang bergerak dengan kecepatan konstan di sepanjang bagian lintasan lurus juga merupakan kerangka inersia (kurang lebih), seperti halnya kerangka yang terkait dengan Bumi. Semua kerangka acuan inersia membentuk kelas kerangka yang bergerak relatif satu sama lain secara seragam dan lurus. Percepatan setiap benda dalam kerangka inersia yang berbeda adalah sama.

Bagaimana menetapkan bahwa kerangka acuan yang diberikan adalah inersia? Ini hanya bisa dilakukan dengan pengalaman. Pengamatan menunjukkan bahwa, dengan tingkat akurasi yang sangat tinggi, kerangka heliosentris dapat dianggap sebagai kerangka acuan inersia, di mana asal koordinat dikaitkan dengan Matahari, dan sumbunya diarahkan ke bintang "tetap" tertentu. Kerangka acuan yang secara kaku terhubung dengan permukaan bumi, sebenarnya, tidak inersia, karena Bumi bergerak dalam orbit mengelilingi Matahari dan pada saat yang sama berputar di sekitar porosnya sendiri. Namun, ketika menggambarkan gerakan yang tidak memiliki skala global (yaitu di seluruh dunia), sistem referensi yang terkait dengan Bumi dapat dianggap inersia dengan akurasi yang cukup.

Kerangka acuan inersia adalah kerangka acuan yang bergerak secara seragam dan lurus relatif terhadap kerangka acuan inersia mana pun..

Galileo menetapkan bahwa tidak ada percobaan mekanis yang dilakukan di dalam kerangka acuan inersia, tidak mungkin untuk menentukan apakah kerangka ini diam atau bergerak secara seragam dan lurus. Pernyataan ini disebut prinsip relativitas Galileo atau prinsip relativitas mekanik.

Prinsip ini kemudian dikembangkan oleh A. Einstein dan merupakan salah satu postulat dari teori relativitas khusus. Kerangka acuan inersia memainkan peran yang sangat penting dalam fisika, karena, menurut prinsip relativitas Einstein, ekspresi matematis dari setiap hukum fisika memiliki bentuk yang sama di setiap kerangka acuan inersia. Di masa depan, kami hanya akan menggunakan sistem inersia (tanpa menyebutkan ini setiap saat).

Kerangka acuan di mana hukum pertama Newton tidak berlaku disebut non-inersia dan.

Sistem tersebut mencakup setiap kerangka acuan yang bergerak dengan percepatan relatif terhadap kerangka acuan inersia.

Dalam mekanika Newton, hukum interaksi benda dirumuskan untuk kelas kerangka acuan inersia.

Contoh eksperimen mekanik di mana non-inersia sistem yang terhubung dengan Bumi dimanifestasikan adalah perilaku bandul Foucault. Ini adalah nama bola besar yang digantung pada benang yang cukup panjang dan membuat osilasi kecil di sekitar posisi keseimbangan. Jika sistem yang terhubung dengan Bumi adalah inersia, bidang osilasi pendulum Foucault akan tetap tidak berubah relatif terhadap Bumi. Faktanya, bidang ayunan pendulum berputar karena rotasi bumi, dan proyeksi lintasan pendulum ke permukaan bumi terlihat seperti roset (Gbr. 1). Beras. 2

literatur

Buka Fisika 2.5 (http://college.ru/physics/)
Fisika: Mekanika. Kelas 10: Prok. untuk studi mendalam fisika / M.M. Balashov, A.I. Gomonova, A.B. Dolitsky dan lainnya; Ed. G.Ya. Myakishev. – M.: Bustard, 2002. – 496 hal.

Hukum pertama Newton dirumuskan sebagai berikut: benda yang tidak dipengaruhi oleh pengaruh luar, dalam keadaan diam atau bergerak lurus dan beraturan. Tubuh seperti itu disebut Gratis, dan gerakannya - gerakan bebas atau gerakan dengan inersia. Sifat suatu benda untuk mempertahankan keadaan istirahat atau gerak lurus yang seragam tanpa adanya pengaruh benda lain di atasnya disebut kelembaman. Oleh karena itu, hukum pertama Newton disebut hukum inersia. Tubuh bebas, sebenarnya, tidak ada. Namun, wajar untuk berasumsi bahwa semakin jauh sebuah partikel dari objek material lain, semakin kecil dampaknya terhadapnya. Setelah membayangkan bahwa pengaruh ini berkurang, kita sampai pada batas gagasan tentang tubuh bebas dan gerakan bebas.

Mustahil untuk secara eksperimental memverifikasi asumsi tentang sifat gerak partikel bebas, karena tidak mungkin untuk secara mutlak menetapkan fakta tidak adanya interaksi. Situasi ini hanya mungkin disimulasikan dengan tingkat akurasi tertentu, menggunakan fakta eksperimental tentang penurunan interaksi antara benda-benda jauh. Generalisasi sejumlah fakta eksperimental, serta kebetulan konsekuensi yang timbul dari hukum dengan data eksperimental, membuktikan validitasnya. Saat bergerak, tubuh mempertahankan kecepatannya lebih lama, tubuh lain yang lebih lemah bertindak padanya; misalnya, sebuah batu yang meluncur di atas permukaan bergerak semakin lama, semakin halus permukaan ini, artinya semakin sedikit dampak permukaan ini terhadapnya.

Gerak mekanis bersifat relatif, dan sifatnya bergantung pada kerangka acuan. Dalam kinematika, pilihan sistem referensi tidak penting. Ini tidak terjadi dalam dinamika. Jika dalam kerangka acuan mana pun benda bergerak lurus dan seragam, maka dalam kerangka acuan yang bergerak sehubungan dengan yang pertama dipercepat, ini tidak akan terjadi lagi. Oleh karena itu, hukum inersia tidak dapat berlaku di semua kerangka acuan. Mekanika klasik mendalilkan bahwa ada kerangka acuan di mana semua benda bebas bergerak dalam garis lurus dan seragam. Kerangka acuan semacam itu disebut kerangka acuan inersia (ISR). Isi hukum kelembaman, pada dasarnya, direduksi menjadi pernyataan bahwa ada kerangka acuan di mana tubuh, tidak dikenai pengaruh eksternal, bergerak secara seragam dan lurus atau diam.

Dimungkinkan untuk menetapkan kerangka acuan mana yang inersia dan mana yang non-inersia hanya dengan pengalaman. Misalkan, misalnya, kita berbicara tentang pergerakan bintang dan objek astronomi lainnya di bagian Semesta yang dapat diakses oleh pengamatan kita. Mari kita memilih kerangka acuan di mana Bumi dianggap tidak bergerak (kita akan menyebut kerangka seperti itu sebagai kerangka bumi). Apakah ini akan menjadi inersia?

Anda dapat memilih bintang sebagai tubuh bebas. Memang, setiap bintang, mengingat keterpencilannya yang sangat besar dari benda langit lainnya, praktis merupakan benda bebas. Namun, dalam sistem referensi terestrial, bintang-bintang membuat rotasi harian di cakrawala, dan, akibatnya, bergerak dengan percepatan yang diarahkan ke pusat Bumi. Dengan demikian, pergerakan benda bebas (bintang) dalam sistem referensi bumi dilakukan dalam lingkaran, dan bukan dalam garis lurus. Itu tidak mematuhi hukum inersia, sehingga kerangka acuan bumi tidak akan inersia.

Oleh karena itu, untuk memecahkan masalah, perlu untuk memeriksa kerangka acuan lain untuk inersia. Mari kita memilih Matahari sebagai badan referensi. Kerangka acuan semacam itu disebut kerangka acuan heliosentris, atau kerangka Copernicus. Sumbu koordinat dari sistem koordinat yang terkait dengannya adalah garis lurus yang diarahkan ke tiga bintang jauh yang tidak terletak pada bidang yang sama (Gbr. 2.1).

Jadi, ketika mempelajari pergerakan yang terjadi pada skala sistem planet kita, serta sistem lainnya, yang dimensinya kecil dibandingkan dengan jarak ke tiga bintang yang dipilih sebagai referensi dalam sistem Copernicus, sistem Copernicus adalah praktis kerangka acuan inersia.

Contoh

Non-inersia sistem referensi bumi dijelaskan oleh fakta bahwa Bumi berputar di sekitar porosnya sendiri dan mengelilingi Matahari, yaitu, bergerak pada tingkat yang dipercepat relatif terhadap kerangka Copernicus. Karena kedua rotasi ini terjadi secara perlahan, sistem terestrial berperilaku praktis seperti sistem inersia dalam kaitannya dengan sejumlah besar fenomena. Itulah sebabnya penetapan hukum dasar dinamika dapat dimulai dengan mempelajari gerakan benda-benda relatif terhadap Bumi, mengabstraksikan dari rotasinya, yaitu, mengambil Bumi untuk kira-kira ISO.

MEMAKSA. MASSA TUBUH

Seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, setiap perubahan kecepatan suatu benda terjadi di bawah pengaruh benda lain. Dalam mekanika, proses perubahan sifat gerak di bawah pengaruh benda lain disebut interaksi benda. Untuk mengukur intensitas interaksi ini, Newton memperkenalkan konsep gaya. Gaya dapat menyebabkan tidak hanya perubahan kecepatan benda material, tetapi juga deformasinya. Oleh karena itu, konsep gaya dapat diberikan definisi sebagai berikut: gaya adalah ukuran kuantitatif dari interaksi setidaknya dua benda, yang menyebabkan benda mengalami percepatan atau perubahan bentuknya, atau keduanya.

Contoh deformasi benda di bawah aksi gaya adalah pegas yang dikompresi atau diregangkan. Sangat mudah untuk menggunakannya sebagai standar gaya: gaya elastis yang bekerja pada pegas, diregangkan atau ditekan sampai batas tertentu, diambil sebagai satuan gaya. Dengan menggunakan standar seperti itu, seseorang dapat membandingkan gaya dan mempelajari sifat-sifatnya. Gaya memiliki sifat-sifat berikut.

ü Gaya adalah besaran vektor dan dicirikan oleh arah, modulus (nilai numerik) dan titik aplikasi. Gaya yang diterapkan pada satu benda ditambahkan sesuai dengan aturan jajaran genjang.

ü Gaya adalah penyebab percepatan. Arah vektor percepatan sejajar dengan vektor gaya.

ü Kekuatan memiliki asal material. Tidak ada badan material - tidak ada kekuatan.

Aksi gaya tidak bergantung pada apakah benda itu diam atau bergerak.

ü Dengan aksi simultan dari beberapa gaya, tubuh menerima percepatan seperti itu, yang akan diterimanya di bawah aksi gaya yang dihasilkan.

Pernyataan terakhir adalah isi dari prinsip superposisi gaya. Prinsip superposisi didasarkan pada konsep kemandirian aksi gaya: masing-masing gaya memberikan percepatan yang sama ke tubuh yang sedang dipertimbangkan, terlepas dari apakah hanya saya th sumber kekuatan atau semua sumber pada waktu yang sama. Ini dapat dirumuskan secara berbeda. Gaya di mana satu partikel bekerja pada partikel lain bergantung pada vektor jari-jari dan kecepatan hanya dua partikel ini. Kehadiran partikel lain tidak mempengaruhi gaya ini. Properti ini disebut hukum kemerdekaan aksi gaya atau hukum interaksi pasangan. Ruang lingkup hukum ini mencakup semua mekanika klasik.

Di sisi lain, untuk memecahkan banyak masalah, mungkin perlu menemukan beberapa kekuatan yang, dengan aksi bersama mereka, dapat menggantikan satu kekuatan yang diberikan. Operasi ini disebut penguraian gaya yang diberikan menjadi komponen-komponen.

Dari pengalaman diketahui bahwa dengan interaksi yang sama, benda yang berbeda mengubah kecepatan geraknya secara tidak merata. Sifat perubahan kecepatan gerakan tidak hanya bergantung pada besarnya gaya dan waktu kerjanya, tetapi juga pada sifat benda itu sendiri. Seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, untuk benda tertentu, rasio setiap gaya yang bekerja padanya dengan percepatan yang diberikan oleh gaya ini adalah nilai konstan. . Rasio ini tergantung pada sifat-sifat benda yang dipercepat dan disebut massa inersia tubuh. Jadi, massa benda didefinisikan sebagai rasio gaya yang bekerja pada benda dengan percepatan yang dilaporkan oleh gaya ini. Semakin besar massa, semakin besar gaya yang dibutuhkan untuk memberikan percepatan tertentu ke tubuh. Tubuh, seolah-olah, menolak upaya untuk mengubah kecepatannya.

Properti benda, yang diekspresikan dalam kemampuan untuk mempertahankan keadaannya dalam waktu (kecepatan gerakan, arah gerakan atau keadaan istirahat), disebut inersia. Ukuran kelembaman suatu benda adalah massa kelembamannya. Dengan tumbukan yang sama dari benda-benda di sekitarnya, satu benda dapat dengan cepat mengubah kecepatannya, dan yang lainnya, dalam kondisi yang sama, jauh lebih lambat (Gbr. 2.2). Merupakan kebiasaan untuk mengatakan bahwa yang kedua dari dua benda ini memiliki lebih banyak inersia, atau, dengan kata lain, benda kedua memiliki lebih banyak massa. Dalam Sistem Satuan Internasional (SI), berat badan diukur dalam kilogram (kg). Konsep massa tidak dapat direduksi menjadi konsep yang lebih sederhana. Semakin besar massa tubuh, semakin sedikit percepatan yang diperolehnya di bawah aksi gaya yang sama. Semakin besar gaya, semakin besar percepatan, dan akibatnya, semakin besar kecepatan akhir, tubuh akan bergerak.

Satuan gaya dalam sistem SI adalah N (newton). Satu N (newton) secara numerik sama dengan gaya yang menginformasikan suatu benda bermassa m = 1 kg percepatan.

Komentar.

Rasio ini hanya berlaku pada kecepatan yang cukup rendah. Saat kecepatan meningkat, rasio ini berubah, meningkat dengan kecepatan.

HUKUM KEDUA NEWTON

Berdasarkan pengalaman, dalam kerangka acuan inersia, percepatan suatu benda sebanding dengan jumlah vektor semua gaya yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massa benda:

Hukum kedua Newton menyatakan hubungan antara resultan semua gaya dan percepatan yang ditimbulkannya:

Di sini, adalah perubahan momentum titik material dari waktu ke waktu. Mari kita atur interval waktu ke nol:

maka kita mendapatkan

	Di antara jenis hiburan ekstrim, tempat khusus ditempati oleh bungee jumping atau bungee jumping. Di kota Jeffrey Bay adalah yang terbesar dari "bungee" terdaftar - 221 m, bahkan terdaftar di Guinness Book of Records. Panjang tali dihitung sehingga seseorang yang melompat berhenti di tepi air atau hanya menyentuhnya. Orang yang melompat ditahan oleh gaya elastis dari tali yang berubah bentuk. Biasanya, kabel adalah satu set untaian karet yang dijalin bersama. Jadi ketika jatuh, kabelnya memuntahkan, mencegah kaki pelompat lepas dan menambah sensasi tambahan pada lompatan. Sesuai sepenuhnya dengan hukum kedua Newton, peningkatan waktu interaksi antara pelompat dan tali menyebabkan melemahnya gaya yang bekerja dari tali pada orang tersebut.
	Untuk menerima bola yang terbang dengan kecepatan tinggi saat bermain bola voli, Anda perlu menggerakkan tangan ke arah bola. Ini meningkatkan waktu interaksi dengan bola, dan, oleh karena itu, sepenuhnya sesuai dengan hukum kedua Newton, besarnya gaya yang bekerja pada tangan berkurang.

Disajikan dalam bentuk ini, hukum kedua Newton berisi kuantitas fisik baru - momentum. Pada kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya dalam ruang hampa, momentum menjadi besaran utama yang diukur dalam eksperimen. Oleh karena itu, persamaan (2.2) merupakan generalisasi dari persamaan gerak untuk kecepatan relativistik.

Seperti dapat dilihat dari persamaan (2.2), jika , maka nilai konstan, maka itu adalah konstan, yaitu momentum, dan dengan itu kecepatan titik material yang bergerak bebas, adalah konstan. Jadi, secara formal, hukum pertama Newton adalah konsekuensi dari hukum kedua. Mengapa, kemudian, itu dipilih sebagai hukum independen? Faktanya adalah bahwa persamaan yang menyatakan hukum kedua Newton masuk akal hanya ketika kerangka acuan yang valid ditunjukkan. Ini adalah hukum pertama Newton yang memungkinkan kita untuk memilih kerangka acuan seperti itu. Dia mengklaim bahwa ada kerangka acuan di mana titik material bebas bergerak tanpa percepatan. Dalam kerangka acuan seperti itu, gerakan setiap titik material mematuhi persamaan gerak Newton. Jadi, pada hakikatnya, hukum pertama tidak dapat dianggap sebagai konsekuensi logis sederhana dari hukum kedua. Hubungan antara hukum-hukum ini lebih dalam.

Dari persamaan (2.2) berikut bahwa, yaitu, perubahan momentum yang sangat kecil selama periode waktu yang sangat kecil adalah sama dengan produk, yang disebut impuls paksa. Semakin besar momentum gaya, semakin besar perubahan momentum.

JENIS KEKUATAN

Semua variasi interaksi yang ada di alam direduksi menjadi empat jenis: gravitasi, elektromagnetik, kuat dan lemah. Interaksi kuat dan lemah signifikan pada jarak yang begitu kecil sehingga hukum mekanika Newton tidak berlaku lagi. Semua fenomena makroskopik di dunia sekitar kita ditentukan oleh interaksi gravitasi dan elektromagnetik. Hanya untuk jenis interaksi ini konsep gaya dapat digunakan dalam pengertian mekanika Newton. Gaya gravitasi paling signifikan dalam interaksi massa besar. Manifestasi gaya elektromagnetik sangat beragam. Gaya gesekan yang terkenal, gaya elastis bersifat elektromagnetik. Karena hukum kedua Newton menentukan percepatan suatu benda terlepas dari sifat gaya yang memberikan percepatan, maka di masa depan kita akan menggunakan apa yang disebut pendekatan fenomenologis: berdasarkan pengalaman, kita akan menetapkan pola kuantitatif untuk gaya-gaya ini.

kekuatan elastis. Gaya elastik timbul pada suatu benda yang dipengaruhi oleh benda atau bidang lain dan berhubungan dengan deformasi benda tersebut. Deformasi adalah jenis gerakan khusus, yaitu gerakan bagian-bagian tubuh relatif satu sama lain di bawah aksi kekuatan eksternal. Ketika tubuh berubah bentuk, bentuk dan volumenya berubah. Untuk padatan, dua kasus pembatas deformasi dibedakan: elastis dan plastis. Deformasi disebut elastis jika benar-benar hilang setelah penghentian aksi gaya deformasi. Dengan deformasi plastis (inelastis), sebagian benda mempertahankan bentuknya yang berubah setelah beban dihilangkan.

Deformasi elastis benda beragam. Di bawah aksi kekuatan eksternal, tubuh dapat meregang dan berkontraksi, menekuk, memutar, dll. Perpindahan ini dilawan oleh gaya interaksi antara partikel-partikel benda padat, yang menjaga partikel-partikel ini pada jarak tertentu satu sama lain. Oleh karena itu, dengan semua jenis deformasi elastis, gaya internal muncul di tubuh yang mencegah deformasi. Gaya-gaya yang timbul dalam tubuh selama deformasi elastisnya dan diarahkan melawan arah perpindahan partikel-partikel tubuh yang disebabkan oleh deformasi disebut gaya elastis. Gaya elastis bekerja di setiap bagian tubuh yang cacat, serta di tempat kontaknya dengan tubuh yang menyebabkan deformasi.

Pengalaman menunjukkan bahwa untuk deformasi elastis kecil, besarnya deformasi sebanding dengan gaya yang menyebabkannya (Gbr. 2.3). Pernyataan ini disebut hukum hooke.

Robert Hooke, 1635-1702

fisikawan Inggris. Lahir di Freshwater di Isle of Wight dalam keluarga seorang imam, ia lulus dari Universitas Oxford. Saat masih di universitas, ia bekerja sebagai asisten di laboratorium Robert Boyle, membantu yang terakhir membangun pompa vakum untuk instalasi di mana hukum Boyle-Mariotte ditemukan. Sebagai kontemporer Isaac Newton, ia aktif berpartisipasi dengan dia dalam pekerjaan Royal Society, dan pada 1677 ia mengambil jabatan sekretaris ilmiah di sana. Seperti banyak ilmuwan lain pada waktu itu, Robert Hooke tertarik pada bidang ilmu alam yang paling beragam dan berkontribusi pada pengembangan banyak di antaranya. Dalam monografinya "Mikrografi", ia menerbitkan banyak sketsa struktur mikroskopis jaringan hidup dan sampel biologis lainnya dan untuk pertama kalinya memperkenalkan konsep modern "sel hidup". Dalam geologi, ia adalah orang pertama yang menyadari pentingnya lapisan geologis dan merupakan orang pertama dalam sejarah yang terlibat dalam studi ilmiah tentang bencana alam. Dia adalah salah satu orang pertama yang mengajukan hipotesis bahwa gaya tarik gravitasi antara benda berkurang secara proporsional dengan kuadrat jarak antara mereka, dan dua rekan senegaranya dan sezaman, Hooke dan Newton, sampai akhir hidup mereka saling berselisih. berhak disebut penemu hukum gravitasi universal. Hooke mengembangkan dan secara pribadi membangun sejumlah instrumen ilmiah dan pengukuran yang penting. Secara khusus, dia adalah orang pertama yang mengusulkan penempatan garis bidik dua benang tipis di lensa mata mikroskop, dia adalah orang pertama yang mengusulkan mengambil titik beku air sebagai nol pada skala suhu, dan dia juga menemukan sambungan universal ( sendi kardan).

Ekspresi matematis dari hukum Hooke untuk deformasi tegangan satu sisi (kompresi) adalah:

di mana adalah gaya elastis; - perubahan panjang (deformasi) tubuh; - koefisien proporsionalitas, tergantung pada ukuran dan bahan tubuh, yang disebut kekakuan. Satuan SI untuk kekakuan adalah newton per meter (N/m). Dalam kasus ketegangan atau kompresi unilateral, gaya elastis diarahkan sepanjang garis lurus di mana gaya eksternal bekerja, menyebabkan tubuh berubah bentuk, berlawanan dengan arah gaya ini dan tegak lurus terhadap permukaan tubuh. Gaya elastik selalu mengarah ke posisi setimbang. Gaya elastis yang bekerja pada tubuh dari sisi penyangga atau suspensi disebut gaya reaksi penyangga atau gaya tarik suspensi.

Pada . Pada kasus ini . Akibatnya, modulus Young secara numerik sama dengan tegangan normal yang seharusnya muncul dalam tubuh ketika panjangnya digandakan (jika hukum Hooke dipenuhi untuk deformasi yang begitu besar). Dari (2.3) juga dapat dilihat bahwa dalam satuan SI, modulus Young diukur dalam pascal (). Untuk bahan yang berbeda, modulus Young sangat bervariasi. Untuk baja, misalnya, dan untuk karet, kira-kira, yaitu, lima kali lipat lebih kecil.

Tentu saja, hukum Hooke, bahkan dalam bentuk yang disempurnakan oleh Jung, tidak menjelaskan segala sesuatu yang terjadi pada benda padat di bawah pengaruh gaya luar. Bayangkan sebuah karet gelang. Jika Anda tidak meregangkannya terlalu banyak, gaya pemulih tegangan elastis akan muncul dari sisi karet gelang, dan segera setelah Anda melepaskannya, ia akan segera berkumpul dan kembali ke bentuk semula. Jika Anda meregangkan karet gelang lebih jauh, maka cepat atau lambat karet itu akan kehilangan elastisitasnya, dan Anda akan merasakan bahwa kekuatan resistensi terhadap peregangan telah berkurang. Jadi, Anda telah melewati apa yang disebut batas elastis bahan. Jika Anda menarik karet lebih jauh, setelah beberapa saat akan pecah sama sekali, dan hambatannya akan hilang sama sekali. Ini berarti bahwa apa yang disebut titik putus telah berlalu. Dengan kata lain, hukum Hooke hanya berlaku untuk tekanan atau tegangan yang relatif kecil.

Kami mempersembahkan kepada Anda pelajaran video yang didedikasikan untuk topik “Kerangka referensi inersia. Hukum pertama Newton, yang termasuk dalam pelajaran fisika sekolah untuk kelas 9. Di awal pelajaran, guru akan mengingatkan Anda tentang pentingnya kerangka acuan yang dipilih. Dan kemudian dia akan berbicara tentang kebenaran dan fitur dari sistem referensi yang dipilih, dan juga menjelaskan istilah "kelembaman".

Dalam pelajaran sebelumnya, kita berbicara tentang pentingnya memilih kerangka acuan. Ingatlah bahwa lintasan, jarak yang ditempuh, dan kecepatan akan tergantung pada bagaimana kita memilih CO. Ada sejumlah fitur lain yang terkait dengan pilihan sistem referensi, dan kami akan membicarakannya.

Beras. 1. Ketergantungan lintasan jatuhnya beban pada pilihan sistem referensi

Di kelas tujuh, Anda mempelajari konsep "kelembaman" dan "kelembaman".

Kelembaman - Ini fenomena, di mana tubuh cenderung mempertahankan keadaan aslinya. Jika tubuh sedang bergerak, maka ia harus berusaha untuk menjaga kecepatan gerakan ini. Dan jika dalam keadaan diam, ia akan berusaha untuk mempertahankan keadaan istirahatnya.

kelembaman - Ini Properti tubuh untuk mempertahankan keadaan gerak. Sifat inersia dicirikan oleh besaran seperti massa. Bobot – ukuran inersia tubuh. Semakin berat tubuh, semakin sulit untuk bergerak atau, sebaliknya, berhenti.

Harap dicatat bahwa konsep-konsep ini berhubungan langsung dengan konsep " kerangka referensi inersia» (ISO), yang akan dibahas di bawah ini.

Pertimbangkan gerakan tubuh (atau keadaan istirahat) jika tidak ada tubuh lain yang bekerja pada tubuh. Kesimpulan tentang bagaimana tubuh akan berperilaku tanpa adanya aksi tubuh lain pertama kali diusulkan oleh Rene Descartes (Gbr. 2) dan dilanjutkan dalam eksperimen Galileo (Gbr. 3).

Beras. 2. Rene Descartes

Beras. 3. Galileo Galilei

Jika tubuh bergerak dan tidak ada tubuh lain yang bertindak padanya, maka gerakan itu akan dipertahankan, itu akan tetap lurus dan seragam. Jika tubuh lain tidak bekerja pada tubuh, dan tubuh dalam keadaan istirahat, maka keadaan istirahat akan dipertahankan. Tetapi diketahui bahwa keadaan istirahat terhubung dengan kerangka acuan: di satu FR tubuh diam, dan di FR lain ia bergerak cukup berhasil dan cepat. Hasil eksperimen dan penalaran mengarah pada kesimpulan bahwa tidak semua kerangka acuan benda akan bergerak dalam garis lurus dan seragam atau diam tanpa adanya benda lain yang bekerja padanya.

Akibatnya, untuk memecahkan masalah utama mekanika, penting untuk memilih sistem pelaporan seperti itu, di mana hukum inersia terpenuhi, di mana alasan yang menyebabkan perubahan gerakan tubuh jelas. Jika tubuh bergerak dalam garis lurus dan seragam tanpa adanya aksi tubuh lain, kerangka acuan seperti itu akan lebih disukai bagi kita, dan itu akan disebut kerangka acuan inersia(ISO).

Sudut pandang Aristoteles tentang penyebab gerak

Kerangka acuan inersia adalah model yang nyaman untuk menggambarkan gerakan benda dan alasan yang menyebabkan gerakan tersebut. Untuk pertama kalinya konsep ini muncul berkat Isaac Newton (Gbr. 5).

Beras. 5. Isaac Newton (1643-1727)

Orang Yunani kuno membayangkan gerakan dengan cara yang sama sekali berbeda. Kita akan berkenalan dengan sudut pandang Aristotelian tentang gerakan (Gbr. 6).

Beras. 6. Aristoteles

Menurut Aristoteles, hanya ada satu kerangka acuan inersia - kerangka acuan yang terkait dengan Bumi. Semua sistem referensi lainnya, menurut Aristoteles, adalah sekunder. Dengan demikian, semua gerakan dapat dibagi menjadi dua jenis: 1) alami, yaitu yang dilaporkan Bumi; 2) dipaksa, yaitu, sisanya.

Contoh paling sederhana dari gerak alami adalah jatuh bebas suatu benda ke Bumi, karena Bumi dalam hal ini memberikan kecepatan pada benda tersebut.

Perhatikan contoh gerakan paksa. Ini adalah situasi ketika kuda menarik kereta. Selama kuda memberikan gaya, kereta bergerak (Gbr. 7). Begitu kuda berhenti, kereta juga berhenti. Tidak ada kekuatan, tidak ada kecepatan. Menurut Aristoteles, itu adalah kekuatan yang menjelaskan adanya kecepatan dalam tubuh.

Beras. 7. Gerakan paksa

Sampai saat ini, sebagian orang awam menganggap pandangan Aristoteles itu adil. Misalnya, Kolonel Friedrich Kraus von Zillergut dari The Adventures of the Good Soldier Schweik selama Perang Dunia mencoba menggambarkan prinsip "Tidak ada daya - tidak ada kecepatan": "Ketika semua bensin habis," kata kolonel, "mobil itu terpaksa berhenti. Ini yang saya lihat kemarin. Dan setelah itu mereka masih berbicara tentang inersia, tuan-tuan. Tidak pergi, berdiri, tidak bergerak dari suatu tempat. Tidak ada bensin! Nah, bukankah itu lucu?

Seperti dalam bisnis pertunjukan modern, di mana ada penggemar, akan selalu ada kritik. Aristoteles juga memiliki kritik. Mereka menyarankan agar dia melakukan percobaan berikut: melepaskan tubuh, dan itu akan jatuh tepat di bawah tempat kita melepaskannya. Mari kita beri contoh kritik terhadap teori Aristoteles, serupa dengan contoh orang-orang sezamannya. Bayangkan sebuah pesawat terbang melemparkan bom (Gbr. 8). Akankah bom itu jatuh tepat di bawah tempat kita melepaskannya?

Beras. 8. Ilustrasi misalnya

Tentu saja tidak. Tapi bagaimanapun, ini adalah gerakan alami - gerakan yang dilaporkan Bumi. Lalu apa yang membuat bom ini bergerak semakin jauh? Aristoteles menjawab seperti ini: faktanya adalah bahwa gerakan alami yang dilaporkan Bumi adalah jatuh lurus ke bawah. Tetapi ketika bergerak di udara, bom terbawa oleh turbulensinya, dan turbulensi ini seolah-olah mendorong bom ke depan.

Apa yang akan terjadi jika udara dihilangkan dan ruang hampa dibuat? Lagi pula, jika tidak ada udara, maka, menurut Aristoteles, bom itu harus benar-benar jatuh di bawah tempat dilemparnya. Aristoteles berpendapat jika tidak ada udara, maka situasi seperti itu mungkin terjadi, tetapi sebenarnya tidak ada kekosongan di alam, tidak ada ruang hampa. Dan jika tidak ada vakum, tidak ada masalah.

Dan hanya Galileo Galilei yang merumuskan prinsip inersia dalam bentuk yang biasa kita gunakan. Alasan perubahan kecepatan adalah efek dari benda lain pada tubuh. Jika tubuh lain tidak bekerja pada tubuh atau tindakan ini dikompensasi, maka kecepatan tubuh tidak akan berubah.

Kita dapat membuat alasan berikut mengenai kerangka acuan inersia. Bayangkan sebuah situasi di mana sebuah mobil bergerak, kemudian pengemudi mematikan mesin, dan kemudian mobil bergerak dengan inersia (Gbr. 9). Tetapi ini adalah pernyataan yang salah karena alasan sederhana bahwa seiring waktu mobil akan berhenti sebagai akibat dari gaya gesekan. Oleh karena itu, dalam hal ini tidak akan ada gerakan yang seragam - salah satu syaratnya tidak ada.

Beras. 9. Kecepatan mobil berubah sebagai akibat dari gaya gesekan

Pertimbangkan kasus lain: sebuah traktor besar dan besar bergerak dengan kecepatan konstan, sementara di depannya ia menyeret beban besar dengan ember. Gerakan seperti itu dapat dianggap bujursangkar dan seragam, karena dalam hal ini semua gaya yang bekerja pada tubuh dikompensasikan dan saling menyeimbangkan (Gbr. 10). Oleh karena itu, kerangka acuan yang terkait dengan benda ini, dapat kita pertimbangkan inersia.

Beras. 10. Traktor bergerak secara merata dan lurus. Tindakan semua tubuh dikompensasi

Ada banyak kerangka acuan inersia. Namun pada kenyataannya, kerangka acuan seperti itu masih diidealkan, karena jika ditelaah lebih dekat, kerangka acuan seperti itu dalam arti yang utuh tidak ada. ISO adalah semacam idealisasi yang memungkinkan Anda untuk secara efektif mensimulasikan proses fisik nyata.

Untuk sistem referensi inersia, rumus Galileo untuk menambahkan kecepatan adalah valid. Perhatikan juga bahwa semua kerangka acuan, yang telah kita bicarakan sebelumnya, dapat dianggap inersia dalam beberapa pendekatan.

Isaac Newton adalah orang pertama yang merumuskan hukum yang didedikasikan untuk ISO. Keunggulan Newton terletak pada kenyataan bahwa ia adalah orang pertama yang secara ilmiah menunjukkan bahwa kecepatan benda yang bergerak tidak berubah secara instan, tetapi sebagai akibat dari beberapa tindakan dari waktu ke waktu. Fakta ini menjadi dasar penciptaan hukum, yang kita sebut hukum pertama Newton.

hukum pertama Newton : ada sistem referensi di mana tubuh bergerak dalam garis lurus dan seragam atau diam jika tidak ada gaya yang bekerja pada tubuh atau semua gaya yang bekerja pada tubuh dikompensasi. Kerangka acuan seperti itu disebut inersia.

Dengan cara lain, mereka kadang-kadang mengatakan ini: kerangka acuan inersia adalah kerangka di mana hukum Newton terpenuhi.

Mengapa Bumi adalah CO non-inersia. bandul Foucault

Dalam sejumlah besar masalah, perlu untuk mempertimbangkan gerakan benda relatif terhadap Bumi, sementara kita menganggap Bumi sebagai kerangka acuan inersia. Ternyata pernyataan ini tidak selalu benar. Jika kita mempertimbangkan pergerakan Bumi relatif terhadap porosnya atau relatif terhadap bintang-bintang, maka pergerakan ini terjadi dengan beberapa percepatan. SO, yang bergerak dengan percepatan tertentu, tidak dapat dianggap inersia dalam arti penuh.

Bumi berputar di sekitar porosnya, yang berarti bahwa semua titik yang terletak di permukaannya terus-menerus mengubah arah kecepatannya. Kecepatan adalah besaran vektor. Jika arahnya berubah, maka beberapa percepatan muncul. Oleh karena itu, Earth tidak dapat menjadi ISO yang benar. Jika kita menghitung percepatan ini untuk titik-titik yang terletak di ekuator (titik-titik yang memiliki percepatan maksimum relatif terhadap titik-titik yang lebih dekat ke kutub), maka nilainya adalah . Indeks menunjukkan bahwa percepatan adalah sentripetal. Dibandingkan dengan percepatan gravitasi, percepatan dapat diabaikan dan Bumi dapat dianggap sebagai kerangka acuan inersia.

Namun, selama pengamatan jangka panjang, orang tidak boleh melupakan rotasi Bumi. Ini secara meyakinkan ditunjukkan oleh ilmuwan Prancis Jean Bernard Leon Foucault (Gbr. 11).

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

bandul Foucault(Gbr. 12) - itu adalah beban besar yang tergantung pada benang yang sangat panjang.

Beras. 12. Model pendulum Foucault

Jika bandul Foucault dikeluarkan dari kesetimbangan, maka akan menggambarkan lintasan berikutnya selain garis lurus (Gbr. 13). Pergeseran bandul tersebut disebabkan oleh rotasi bumi.

Beras. 13. Osilasi bandul Foucault. Lihat dari atas.

Rotasi Bumi terjadi karena sejumlah fakta menarik. Misalnya, di sungai-sungai di belahan bumi utara, sebagai aturan, tepi kanan lebih curam, dan tepi kiri lebih landai. Di sungai-sungai di belahan bumi selatan - sebaliknya. Semua ini justru disebabkan oleh rotasi Bumi dan gaya Coriolis yang dihasilkan.

Pada pertanyaan tentang rumusan hukum pertama Newton

hukum pertama Newton: jika tidak ada tubuh yang bekerja pada tubuh atau aksinya saling seimbang (berkompensasi), maka tubuh ini akan diam atau bergerak secara seragam dan lurus.

Mari kita pertimbangkan situasi yang akan menunjukkan kepada kita bahwa rumusan hukum pertama Newton seperti itu perlu dikoreksi. Bayangkan sebuah kereta dengan jendela bertirai. Dalam kereta api seperti itu, penumpang tidak dapat menentukan apakah kereta api itu bergerak atau tidak oleh benda-benda di luar. Mari kita pertimbangkan dua kerangka acuan: FR terkait dengan penumpang Volodya dan FR terkait dengan pengamat di peron Katya. Kereta mulai berakselerasi, kecepatannya meningkat. Apa yang akan terjadi dengan apel di atas meja? Ini akan bergulir ke arah yang berlawanan. Bagi Katya, jelas bahwa apel itu bergerak dengan inersia, tetapi bagi Volodya itu tidak dapat dipahami. Dia tidak melihat bahwa kereta mulai bergerak, dan tiba-tiba sebuah apel yang tergeletak di atas meja mulai menggelinding di atasnya. Bagaimana ini bisa terjadi? Bagaimanapun, menurut hukum pertama Newton, apel harus tetap diam. Oleh karena itu, perlu dilakukan penyempurnaan definisi hukum pertama Newton.

Beras. 14. Contoh ilustrasi

Rumusan yang benar dari hukum pertama Newton terdengar seperti ini: ada sistem referensi di mana tubuh bergerak dalam garis lurus dan seragam atau diam jika tidak ada gaya yang bekerja pada tubuh atau semua gaya yang bekerja pada tubuh dikompensasi.

Volodya berada dalam kerangka acuan non-inersia, dan Katya dalam kerangka acuan inersia.

Sebagian besar sistem, sistem referensi nyata - non-inersia. Pertimbangkan contoh sederhana: duduk di kereta, Anda meletakkan beberapa tubuh (misalnya, sebuah apel) di atas meja. Ketika kereta mulai bergerak, kita akan mengamati gambar yang aneh: apel akan bergerak, berguling ke arah yang berlawanan dengan pergerakan kereta (Gbr. 15). Dalam hal ini, kita tidak akan dapat menentukan tubuh apa yang bertindak, membuat apel bergerak. Dalam hal ini, sistem dikatakan non-inersia. Tapi Anda bisa keluar dari situasi dengan masuk gaya inersia.

Beras. 15. Contoh CO . non-inersia

Contoh lain: ketika sebuah benda bergerak sepanjang putaran jalan (Gbr. 16), timbul gaya yang menyebabkan benda menyimpang dari arah gerak bujursangkar. Dalam hal ini, kita juga harus mempertimbangkan kerangka acuan non-inersia, tetapi, seperti pada kasus sebelumnya, kita juga dapat keluar dari situasi tersebut dengan memperkenalkan apa yang disebut. gaya inersia.

Beras. 16. Gaya inersia saat bergerak di sepanjang jalan yang dibulatkan

Kesimpulan

Ada sejumlah sistem referensi yang tak terbatas, tetapi kebanyakan dari mereka adalah yang tidak dapat kita anggap sebagai sistem referensi inersia. Kerangka acuan inersia adalah model yang diidealkan. Omong-omong, kita dapat mengambil sistem referensi seperti itu sebagai sistem referensi yang terkait dengan Bumi atau beberapa objek yang jauh (misalnya, dengan bintang).

Bibliografi

Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fisika: Sebuah buku teks untuk kelas 9 sekolah menengah. - M.: Pencerahan.
Peryshkin A.V., Gutnik E.M. Fisika. Kelas 9: buku teks untuk pendidikan umum. institusi / A. V. Peryshkin, E. M. Gutnik. - Edisi ke-14, stereotip. - M.: Bustard, 2009. - 300.
Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. Fisika: Buku pegangan dengan contoh pemecahan masalah. - Edisi ke-2, redistribusi. - X .: Vesta: Penerbitan "Ranok", 2005. - 464 hal.

Portal internet "physics.ru" ()
Portal internet "ens.tpu.ru" ()
Portal internet "prosto-o-slognom.ru" ()

Pekerjaan rumah

Merumuskan definisi kerangka acuan inersia dan non-inersia. Berikan contoh sistem seperti itu.
Nyatakan hukum pertama Newton.
Dalam ISO, tubuh dalam keadaan istirahat. Tentukan berapa nilai kecepatannya dalam IFR, yang bergerak relatif terhadap kerangka acuan pertama dengan kecepatan v?

Setara adalah formulasi berikut, nyaman untuk digunakan dalam mekanika teoretis: " Sebuah kerangka acuan inersia disebut, dalam kaitannya dengan ruang yang homogen dan isotropik, dan waktu adalah homogen". Hukum Newton, serta semua aksioma dinamika lainnya dalam mekanika klasik, dirumuskan dalam kaitannya dengan kerangka acuan inersia.

Istilah "sistem inersia" (sistem inersia Jerman) diusulkan pada tahun 1885 Ludwig Lange?! dan berarti sistem koordinat di mana hukum Newton berlaku. Seperti yang dipahami oleh Lange, istilah ini menggantikan konsep ruang absolut, yang menjadi sasaran kritik yang menghancurkan selama periode ini. Dengan munculnya teori relativitas, konsep tersebut digeneralisasikan menjadi "kerangka acuan inersia".

YouTube ensiklopedis

1 / 3

Sistem referensi inersia. hukum pertama Newton | Fisika Kelas 9 #10 | pelajaran info

Apa kerangka acuan inersia hukum pertama Newton

Kerangka acuan inersia dan non-inersia (1)

Subtitle

Sifat kerangka acuan inersia

Setiap kerangka acuan yang bergerak secara seragam, lurus dan tanpa rotasi relatif terhadap IFR juga merupakan IFR. Menurut prinsip relativitas, semua IFR adalah sama, dan semua hukum fisika adalah invarian terhadap transisi dari satu IFR ke IFR lainnya. Ini berarti bahwa manifestasi hukum fisika di dalamnya terlihat sama, dan catatan hukum ini memiliki bentuk yang sama dalam ISO yang berbeda.

Asumsi adanya setidaknya satu IFR dalam ruang isotropik mengarah pada kesimpulan bahwa ada himpunan tak terhingga dari sistem semacam itu yang bergerak relatif satu sama lain secara seragam, lurus, dan translasi dengan semua kemungkinan kecepatan. Jika IFR ada, maka ruang akan homogen dan isotropik, dan waktu akan homogen; menurut teorema Noether, homogenitas ruang terhadap pergeseran akan memberikan hukum kekekalan momentum, isotropi akan menyebabkan kekekalan momentum, dan homogenitas waktu akan menghemat energi benda yang bergerak.

Jika kecepatan gerakan relatif IFR yang diwujudkan oleh benda nyata dapat mengambil nilai apa pun, hubungan antara koordinat dan momen waktu dari "peristiwa" apa pun dalam IFR yang berbeda dilakukan oleh transformasi Galilea.

Koneksi dengan sistem referensi nyata

Sistem inersia mutlak adalah abstraksi matematis dan tidak ada di alam. Namun, ada kerangka acuan di mana percepatan relatif benda yang cukup jauh satu sama lain (diukur dengan efek Doppler) tidak melebihi 10 10 m/s², misalnya,