Sistemi di riferimento inerziali brevemente fisica. Sistemi di riferimento inerziali: prima legge di Newton

Un sistema di riferimento che si muove (rispetto alle stelle) in modo uniforme e rettilineo (cioè per inerzia) è chiamato inerziale. Ovviamente esiste un numero innumerevole di tali quadri di riferimento, poiché qualsiasi quadro che si muova in modo uniforme e rettilineo rispetto a qualche quadro di riferimento inerziale è anche inerziale.I quadri di riferimento che si muovono (relativamente al quadro inerziale) con accelerazione sono detti non inerziali.

L'esperienza lo dimostra

in tutti i sistemi di riferimento inerziali, tutti i processi meccanici procedono esattamente allo stesso modo (nelle stesse condizioni).

Questa posizione, chiamata principio meccanico di relatività (o principio di relatività di Galileo), fu formulata nel 1636 da Galileo. Galileo lo spiegò con l'esempio dei processi meccanici che avvengono nella cabina di una nave che naviga in modo uniforme e rettilineo su un mare calmo. Per un osservatore in cabina, l'oscillazione del pendolo, la caduta di corpi e altri processi meccanici procedono esattamente come su una nave ferma. Pertanto, osservando questi processi, è impossibile stabilire né l'entità della velocità, né il fatto stesso del movimento della nave. Per giudicare il movimento della nave rispetto a qualsiasi sistema di riferimento (ad esempio la superficie dell'oceano), è necessario osservare anche questo sistema (per vedere come si allontanano gli oggetti sdraiati sull'acqua, ecc.).

Entro l'inizio del XX secolo. si è scoperto che non solo i processi e i fenomeni della natura meccanici, ma anche termici, elettrici, ottici e tutti gli altri processi e fenomeni della natura procedono esattamente allo stesso modo in tutti i sistemi di riferimento inerziali. Su queste basi Einstein nel 1905 formulò il principio di relatività generalizzato, in seguito chiamato principio di relatività di Einstein:

in tutti i sistemi di riferimento inerziali, tutti i processi fisici procedono esattamente allo stesso modo (nelle stesse condizioni).

Questo principio, insieme alla proposizione che la velocità della luce nel vuoto è indipendente dal moto della sorgente luminosa (vedi § 20), costituì la base della teoria della relatività speciale sviluppata da Einstein.

Le leggi di Newton e le altre leggi della dinamica da noi considerate sono soddisfatte solo nei sistemi di riferimento inerziali. In sistemi di riferimento non inerziali, queste leggi, in generale, non sono più valide. Considera un semplice esempio per chiarire l'ultima affermazione.

Su una piattaforma perfettamente liscia, che si muove in modo uniforme e rettilineo, giace una palla di massa sulla stessa piattaforma che è un osservatore. Un altro osservatore si trova sulla Terra non lontano da dove sta per passare la piattaforma. È ovvio che entrambi gli osservatori sono collegati a sistemi di riferimento inerziali.

Lascia che ora, al momento del passaggio di un osservatore connesso con la Terra, la piattaforma inizi a muoversi con un'accelerazione a, cioè diventi un sistema di riferimento non inerziale. In questo caso, la palla, che prima era ferma rispetto alla piattaforma, inizierà (relativamente ad essa) in movimento con un'accelerazione a, opposta in direzione e uguale in grandezza all'accelerazione acquisita dalla piattaforma. Scopriamo come appare il comportamento della palla dal punto di vista di ciascuno degli osservatori.

Per un osservatore associato a un sistema di riferimento inerziale - la Terra, la palla continua a muoversi in modo uniforme e rettilineo nel pieno rispetto della legge di inerzia (poiché nessuna forza agisce su di essa, ad eccezione della gravità, bilanciata dalla reazione del supporto).

Un osservatore associato a un sistema di riferimento non inerziale - una piattaforma, ha un'immagine diversa: la palla inizia a muoversi e acquisisce accelerazione - ma senza l'influenza di una forza (poiché l'osservatore non rileva l'impatto sulla palla di altri corpi che impartiscono accelerazione alla palla). Ciò contraddice chiaramente la legge dell'inerzia. Anche la seconda legge di Newton non è soddisfatta: applicandola, l'osservatore otterrebbe che (forza) a questo è impossibile, poiché né né a sono uguali a zero.

È possibile, tuttavia, rendere applicabili le leggi della dinamica alla descrizione dei moti in sistemi di riferimento non inerziali, se si prendono in considerazione forze di tipo speciale: le forze di inerzia. Quindi, nel nostro esempio, l'osservatore collegato alla piattaforma può presumere che la palla sia in movimento sotto l'azione della forza di inerzia

L'introduzione della forza d'inerzia permette di trascrivere la seconda legge di Newton (e le sue conseguenze) nella forma usuale (vedi § 7); solo sotto la forza agente ora è necessario capire la risultante delle forze "ordinarie" e le forze di inerzia

dove è la massa del corpo ed è la sua accelerazione.

Abbiamo chiamato le forze di inerzia forze di "tipo speciale", in primo luogo, perché agiscono solo in sistemi di riferimento non inerziali e, in secondo luogo, perché per loro, a differenza delle forze "ordinarie", è impossibile indicare quali altri corpi (sul corpo in questione), sono condizionati. Ovviamente, per questo motivo, è impossibile applicare la terza legge di Newton (e le sue conseguenze) alle forze di inerzia; questa è la terza caratteristica delle forze d'inerzia.

L'impossibilità di specificare i singoli corpi, la cui azione (sul corpo in esame) è dovuta alle forze di inerzia, non significa, ovviamente, che l'emergere di queste forze non sia affatto connessa con l'azione di alcun materiale corpi. Ci sono seri motivi per presumere che le forze di inerzia siano dovute all'azione dell'intero insieme di corpi dell'Universo (la massa dell'Universo nel suo insieme).

Il fatto è che c'è una grande somiglianza tra le forze di inerzia e le forze di gravità: entrambe sono proporzionali alla massa del corpo su cui agiscono, e quindi l'accelerazione impartita al corpo da ciascuna di queste forze non dipende sulla massa del corpo. In determinate condizioni, queste forze non possono essere affatto distinte. Lascia, ad esempio, che un'astronave si muova con accelerazione (dovuta al funzionamento dei motori) da qualche parte nello spazio. Il cosmonauta al suo interno sperimenterà una forza che lo preme sul "pavimento" (la parete di fondo in relazione alla direzione del movimento) dell'astronave. Questa forza creerà esattamente lo stesso effetto e provocherà nell'astronauta le stesse sensazioni che provocherebbe la corrispondente forza di gravità.

Se un astronauta crede che la sua nave si muova con un'accelerazione relativa all'universo, chiamerà la forza che agisce su di essa forza di inerzia. Se, tuttavia, il cosmonauta ritiene che la sua nave sia immobile e che l'Universo stia correndo oltre la nave con la stessa accelerazione a, allora chiamerà questa forza forza gravitazionale. Ed entrambi i punti di vista saranno assolutamente uguali. Nessun esperimento effettuato all'interno della nave può provare la correttezza dell'uno e la fallacia dell'altro punto di vista.

Segue dagli esempi considerati e da altri simili che il moto accelerato del sistema di riferimento è equivalente (per il suo effetto sui corpi) all'emergere delle corrispondenti forze gravitazionali. Questa posizione è chiamata principio di equivalenza delle forze di gravità e di inerzia (principio di equivalenza di Einstein); questo principio è alla base della teoria generale della relatività.

Le forze di inerzia sorgono non solo nel movimento rettilineo, ma anche nei sistemi di riferimento non inerziali rotanti. Poniamo, ad esempio, su una piattaforma orizzontale che può ruotare attorno ad un asse verticale, vi sia un corpo di massa collegato al centro di rotazione O da una corda di gomma (Fig. 18). Se la piattaforma inizia a ruotare con una velocità angolare ω (e, di conseguenza, si trasforma in un sistema non inerziale), a causa dell'attrito, anche il corpo sarà coinvolto nella rotazione. Tuttavia, si sposterà in direzione radiale dal centro della piattaforma fino a quando la forza elastica crescente del cavo di allungamento non interrompe questo movimento. Quindi il corpo inizierà a ruotare a una distanza dal centro O.

Dal punto di vista di un osservatore connesso con la pedana, il movimento della palla rispetto ad essa è dovuto ad una forza, questa è la forza d'inerzia, poiché non è causata dall'azione di altri determinati corpi sulla palla; è chiamata forza centrifuga di inerzia. Ovviamente la forza centrifuga di inerzia è uguale in grandezza e in direzione opposta alla forza elastica di una corda tesa, che svolge il ruolo di forza centripeta che agisce su un corpo rotante rispetto al telaio inerziale (vedi § 13) Pertanto

pertanto, la forza centrifuga di inerzia è proporzionale alla distanza del corpo dall'asse di rotazione.

Sottolineiamo che la forza centrifuga di inerzia non deve essere confusa con la forza centrifuga “ordinaria” di cui al § 13. Si tratta di forze di natura diversa applicate a diversi oggetti: la forza centrifuga di inerzia è applicata al corpo, e la forza centrifuga viene applicata alla connessione.

In conclusione, notiamo che dal punto di vista del principio di equivalenza delle forze di gravità e di inerzia, viene data una semplice spiegazione al funzionamento di tutti i meccanismi centrifughi: pompe, separatori, ecc. (vedi § 13).

Qualsiasi meccanismo centrifugo può essere considerato come un sistema rotante non inerziale, causando la comparsa di un campo gravitazionale di configurazione radiale, che in un'area limitata supera significativamente il campo gravitazionale terrestre. In questo campo, le particelle più dense di un mezzo rotante o le particelle ad esso debolmente legate si muovono verso la sua periferia (come se andassero "verso il basso").

La prima legge della meccanica, o legge di inerzia ( inerzia- questa è la proprietà dei corpi di mantenere la loro velocità in assenza dell'azione di altri corpi su di essa ), come viene spesso chiamato, fu istituito da Galileo. Ma Newton fornì una rigida formulazione di questa legge e la inserì tra le leggi fondamentali della meccanica. La legge dell'inerzia si riferisce al caso più semplice di movimento: il movimento di un corpo che non è influenzato da altri corpi. Tali corpi sono chiamati corpi liberi.

È impossibile rispondere alla domanda su come si muovono i corpi liberi senza fare riferimento all'esperienza. Tuttavia, è impossibile impostare un unico esperimento che mostri nella sua forma pura come si muova un corpo che non interagisce con nulla, poiché tali corpi non esistono. Come essere?

C'è solo una via d'uscita. È necessario creare condizioni per il corpo in cui l'influenza delle influenze esterne può essere ridotta sempre più e osservare a cosa porta. È possibile, ad esempio, osservare il movimento di una pietra liscia su una superficie orizzontale dopo che le è stata impartita una certa velocità. (L'attrazione di una pietra al suolo è bilanciata dall'azione della superficie su cui poggia, e solo l'attrito influisce sulla sua velocità.) È facile scoprire, tuttavia, che più liscia è la superficie, più lenta la velocità della pietra diminuirà. Sul ghiaccio liscio, la pietra scivola a lungo, senza variare sensibilmente la velocità. L'attrito può essere ridotto al minimo utilizzando un cuscino d'aria - getti d'aria che sostengono il corpo sopra una superficie solida lungo la quale si verifica il movimento. Questo principio è utilizzato nel trasporto via acqua (hovercraft). Sulla base di tali osservazioni, possiamo concludere che se la superficie fosse perfettamente liscia, in assenza di resistenza dell'aria (nel vuoto), la pietra non cambierebbe affatto la sua velocità. Galileo giunse per primo a questa conclusione.

D'altra parte, è facile vedere che quando la velocità di un corpo cambia, viene sempre rilevata l'influenza di altri corpi su di esso. Da ciò si può concludere che un corpo abbastanza lontano dagli altri corpi e per questo motivo non interagendo con essi si muove a velocità costante.

Il movimento è relativo, quindi ha senso parlare solo del movimento di un corpo rispetto a un sistema di riferimento associato a un altro corpo. Sorge subito la domanda: un corpo libero si muoverà a velocità costante rispetto a qualsiasi altro corpo? La risposta, ovviamente, è no. Quindi, se rispetto alla Terra un corpo libero si muove in linea retta e uniforme, allora in relazione ad una giostra rotante il corpo non si muoverà certo in questo modo.

Le osservazioni sui movimenti dei corpi e le riflessioni sulla natura di questi movimenti portano alla conclusione che i corpi liberi si muovono a velocità costante, almeno rispetto a determinati corpi e ai relativi quadri di riferimento. Ad esempio, in relazione alla Terra. Questo è il contenuto principale della legge di inerzia.

Così La prima legge di Newton può essere formulato così:

esistono tali quadri di riferimento, rispetto ai quali il corpo (punto materiale), in assenza di influenze esterne su di esso (o con la loro reciproca compensazione), mantiene uno stato di quiete o moto rettilineo uniforme.

Sistema di riferimento inerziale

La prima legge di Newton afferma (questo può essere verificato sperimentalmente con vari gradi di accuratezza) che i sistemi inerziali esistono effettivamente. Questa legge della meccanica pone i sistemi di riferimento inerziali in una posizione speciale e privilegiata.

sistemi di riferimento, in cui è soddisfatta la prima legge di Newton, sono detti inerziali.

Quadri di riferimento inerziali- si tratta di sistemi rispetto ai quali un punto materiale, in assenza di influenze esterne su di esso o di una loro reciproca compensazione, è fermo o si muove in modo uniforme e rettilineo.

Esistono un numero infinito di sistemi inerziali. Anche il sistema di riferimento associato a un treno che si muove a velocità costante lungo un tratto rettilineo del binario è un sistema inerziale (approssimativamente), come il telaio associato alla Terra. Tutti i frame di riferimento inerziali formano una classe di frame che si muovono l'uno rispetto all'altro in modo uniforme e rettilineo. Le accelerazioni di qualsiasi corpo in diversi frame inerziali sono le stesse.

Come stabilire che un dato sistema di riferimento è inerziale? Questo può essere fatto solo dall'esperienza. Le osservazioni mostrano che, con un grado di accuratezza molto elevato, il sistema eliocentrico può essere considerato come un sistema di riferimento inerziale, in cui l'origine delle coordinate è associata al Sole e gli assi sono diretti verso determinate stelle "fisse". I sistemi di riferimento rigidamente connessi con la superficie terrestre, a rigor di termini, non sono inerziali, poiché la Terra si muove in orbita attorno al Sole e, allo stesso tempo, ruota attorno al proprio asse. Tuttavia, quando si descrivono movimenti che non hanno una scala globale (cioè mondiale), i sistemi di riferimento associati alla Terra possono essere considerati inerziali con sufficiente precisione.

I sistemi di riferimento inerziali sono quelli che si muovono in modo uniforme e rettilineo rispetto a qualsiasi sistema di riferimento inerziale..

Galileo lo ha stabilito nessun esperimento meccanico impostato all'interno di un sistema di riferimento inerziale, è impossibile stabilire se questo sistema è fermo o si muove in modo uniforme e rettilineo. Questa affermazione si chiama Il principio di relatività di Galileo o principio di relatività meccanica.

Questo principio è stato successivamente sviluppato da A. Einstein ed è uno dei postulati della teoria della relatività speciale. I sistemi di riferimento inerziali svolgono un ruolo estremamente importante in fisica, poiché, secondo il principio di relatività di Einstein, l'espressione matematica di qualsiasi legge della fisica ha la stessa forma in ogni sistema di riferimento inerziale. In futuro utilizzeremo solo sistemi inerziali (senza menzionarlo ogni volta).

Si chiamano quadri di riferimento in cui la prima legge di Newton non vale non inerziale e.

Tali sistemi includono qualsiasi sistema di riferimento che si muove con accelerazione rispetto al sistema di riferimento inerziale.

Nella meccanica newtoniana, le leggi di interazione dei corpi sono formulate per la classe dei sistemi di riferimento inerziali.

Un esempio di esperimento meccanico in cui si manifesta la non inerzia di un sistema connesso con la Terra è il comportamento pendolo di Foucault. Questo è il nome di una palla massiccia sospesa su un filo sufficientemente lungo e che compie piccole oscillazioni attorno alla posizione di equilibrio. Se il sistema connesso con la Terra fosse inerziale, il piano di oscillazione del pendolo di Foucault rimarrebbe invariato rispetto alla Terra. Infatti, il piano di oscillazione del pendolo ruota a causa della rotazione terrestre, e la proiezione della traiettoria del pendolo sulla superficie terrestre appare come una rosetta (Fig. 1). Riso. 2

Letteratura

1. Fisica aperta 2.5 (http://college.ru/physics/)
2. Fisica: meccanica. Grado 10: Proc. per approfondimenti di fisica / M.M. Balashov, AI Gomonova, AB Dolitsky e altri; ed. G.Ya. Myakishev. – M.: Otarda, 2002. – 496 p.

La prima legge di Newton è formulata come segue: un corpo che non è soggetto ad influenze esterne o è fermo o si muove in linea retta ed uniforme. Un tale corpo è chiamato libero, e il suo movimento - movimento libero o movimento per inerzia. La proprietà di un corpo di mantenere uno stato di quiete o moto rettilineo uniforme in assenza dell'influenza di altri corpi su di esso si chiama inerzia. Pertanto, la prima legge di Newton è chiamata legge di inerzia. I corpi liberi, in senso stretto, non esistono. Tuttavia, è naturale presumere che più una particella è lontana da altri oggetti materiali, minore è l'impatto che hanno su di essa. Avendo immaginato che queste influenze diminuiscano, arriviamo al limite dell'idea di un corpo libero e di una libera circolazione.

È impossibile verificare sperimentalmente l'ipotesi sulla natura del movimento di una particella libera, poiché è impossibile stabilire in modo assolutamente affidabile il fatto dell'assenza di interazione. È possibile simulare questa situazione solo con un certo grado di accuratezza, utilizzando il fatto sperimentale di una diminuzione dell'interazione tra corpi distanti. La generalizzazione di una serie di fatti sperimentali, nonché la coincidenza delle conseguenze derivanti dalla legge con i dati sperimentali, ne dimostrano la validità. Quando si muove, il corpo mantiene la sua velocità più a lungo, più gli altri corpi deboli agiscono su di esso; ad esempio, una pietra che scivola su una superficie si muove più a lungo, più liscia è questa superficie, cioè minore è l'impatto che questa superficie ha su di essa.

Il movimento meccanico è relativo e la sua natura dipende dal sistema di riferimento. In cinematica, la scelta del sistema di riferimento non era essenziale. Questo non è il caso della dinamica. Se in qualsiasi sistema di riferimento il corpo si muove in modo rettilineo e uniforme, allora nel sistema di riferimento che si muove rispetto al primo accelerato, questo non sarà più il caso. Ne consegue che la legge dell'inerzia non può essere valida in tutti i quadri di riferimento. La meccanica classica postula che esista un quadro di riferimento in cui tutti i corpi liberi si muovono in linea retta e uniforme. Tale sistema di riferimento è chiamato sistema di riferimento inerziale (ISR). Il contenuto della legge dell'inerzia, in sostanza, si riduce all'affermazione che esistono tali quadri di riferimento in cui il corpo, non soggetto ad influenze esterne, si muove in modo uniforme e rettilineo o è in quiete.

È possibile stabilire quali sistemi di riferimento sono inerziali e quali non inerziali solo in base all'esperienza. Supponiamo, ad esempio, di parlare del movimento delle stelle e di altri oggetti astronomici nella parte dell'Universo accessibile alla nostra osservazione. Scegliamo un quadro di riferimento in cui la Terra sia considerata immobile (chiameremo tale quadro il quadro terrestre). Sarà inerziale?

Puoi scegliere una stella come corpo libero. Infatti, ogni stella, vista la sua enorme lontananza dagli altri corpi celesti, è praticamente un corpo libero. Tuttavia, nel sistema di riferimento terrestre, le stelle compiono quotidianamente rotazioni nel firmamento e, di conseguenza, si muovono con un'accelerazione diretta verso il centro della Terra. Pertanto, il movimento di un corpo libero (stella) nel sistema di riferimento terrestre avviene in cerchio e non in linea retta. Non obbedisce alla legge dell'inerzia, quindi il sistema di riferimento terrestre non sarà inerziale.

Pertanto, per risolvere il problema, è necessario verificare l'inerzia di altri sistemi di riferimento. Scegliamo il Sole come corpo di riferimento. Tale sistema di riferimento è chiamato sistema di riferimento eliocentrico o sistema copernicano. Gli assi delle coordinate del sistema di coordinate ad esso associato sono linee rette dirette a tre stelle lontane che non giacciono sullo stesso piano (Fig. 2.1).

Così, quando si studiano i movimenti che avvengono sulla scala del nostro sistema planetario, così come di qualsiasi altro sistema, le cui dimensioni sono piccole rispetto alla distanza di quelle tre stelle che sono scelte come riferimento nel sistema copernicano, il sistema copernicano è praticamente un sistema di riferimento inerziale.

Esempio

La non inerzia del sistema di riferimento terrestre è spiegata dal fatto che la Terra ruota attorno al proprio asse e attorno al Sole, cioè si muove ad una velocità accelerata rispetto al sistema copernicano. Poiché entrambe queste rotazioni avvengono lentamente, il sistema terrestre si comporta praticamente come un sistema inerziale in relazione a una vasta gamma di fenomeni. Ecco perché la definizione delle leggi di base della dinamica può iniziare con lo studio del moto dei corpi rispetto alla Terra, astraendo dalla sua rotazione, cioè prendendo la Terra per circa ISO.

FORZA. MASSA CORPOREA

Come mostra l'esperienza, qualsiasi cambiamento nella velocità di un corpo avviene sotto l'influenza di altri corpi. In meccanica, il processo di cambiamento della natura del movimento sotto l'influenza di altri corpi è chiamato interazione dei corpi. Per quantificare l'intensità di questa interazione, Newton introdusse il concetto di forza. Le forze possono causare non solo un cambiamento nella velocità dei corpi materiali, ma anche la loro deformazione. Pertanto, al concetto di forza può essere data la seguente definizione: la forza è una misura quantitativa dell'interazione di almeno due corpi, che provocano l'accelerazione o il cambiamento di forma del corpo, o entrambi.

Un esempio della deformazione di un corpo sotto l'azione di una forza è una molla compressa o allungata. È facile usarlo come standard di forza: la forza elastica che agisce in una molla, allungata o compressa in una certa misura, viene presa come unità di forza. Utilizzando tale standard, è possibile confrontare le forze e studiarne le proprietà. Le forze hanno le seguenti proprietà.

ü La forza è una grandezza vettoriale ed è caratterizzata da direzione, modulo (valore numerico) e punto di applicazione. Le forze applicate a un corpo vengono sommate secondo la regola del parallelogramma.

ü La forza è la causa dell'accelerazione. La direzione del vettore di accelerazione è parallela al vettore di forza.

ü La forza ha un'origine materiale. Nessun corpo materiale - nessuna forza.

L'azione della forza non dipende dal fatto che il corpo sia fermo o in movimento.

ü Con l'azione simultanea di più forze, il corpo riceve una tale accelerazione, che riceverebbe sotto l'azione della forza risultante.

L'ultima affermazione è il contenuto del principio di sovrapposizione delle forze. Il principio di sovrapposizione si basa sull'idea dell'indipendenza dell'azione delle forze: ogni forza impartisce la stessa accelerazione al corpo in esame, indipendentemente dal fatto che io esima fonte di forze o tutte le fonti contemporaneamente. Questo può essere formulato in modo diverso. La forza con cui una particella agisce su un'altra dipende dai vettori del raggio e dalle velocità di solo queste due particelle. La presenza di altre particelle non influisce su questa forza. Questa proprietà è chiamata legge sull'indipendenza l'azione delle forze o la legge dell'interazione di coppia. Lo scopo di questa legge copre tutta la meccanica classica.

D'altra parte, per risolvere molti problemi, può essere necessario trovare più forze che, con la loro azione congiunta, potrebbero sostituire una data forza. Questa operazione è chiamata scomposizione della forza data in componenti.

Per esperienza è noto che con le stesse interazioni, corpi diversi cambiano la loro velocità di movimento in modo diseguale. La natura del cambiamento nella velocità del movimento dipende non solo dall'entità della forza e dal tempo della sua azione, ma anche dalle proprietà del corpo stesso. Come l'esperienza mostra, per un dato corpo, il rapporto tra ciascuna forza che agisce su di esso e l'accelerazione impartita da questa forza è un valore costante . Questo rapporto dipende dalle proprietà del corpo accelerato ed è chiamato massa inerziale corpo. Pertanto, la massa di un corpo è definita come il rapporto tra la forza che agisce sul corpo e l'accelerazione riportata da questa forza. Maggiore è la massa, maggiore è la forza richiesta per impartire una certa accelerazione al corpo. Il corpo, per così dire, resiste al tentativo di cambiare la sua velocità.

La proprietà dei corpi, che si esprime nella capacità di mantenere il proprio stato nel tempo (velocità del movimento, direzione del movimento o stato di riposo), è chiamata inerzia. Una misura dell'inerzia di un corpo è la sua massa inerziale: con lo stesso impatto dei corpi circostanti, un corpo può cambiare rapidamente la sua velocità e l'altro, nelle stesse condizioni, molto più lentamente (Fig. 2.2). È consuetudine dire che il secondo di questi due corpi ha più inerzia, o, in altre parole, il secondo corpo ha più massa. Nel Sistema Internazionale di Unità (SI), il peso corporeo è misurato in chilogrammi (kg). Il concetto di massa non può essere ridotto a concetti più semplici. Maggiore è la massa del corpo, minore accelerazione acquisirà sotto l'azione della stessa forza. Maggiore è la forza, maggiore è l'accelerazione e, di conseguenza, maggiore è la velocità finale, il corpo si muoverà.

L'unità di forza nel sistema di unità SI è N (newton). Un N (newton) è numericamente uguale alla forza che informa un corpo di massa m = 1 kg accelerazione .

Commento.

Il rapporto è valido solo a velocità sufficientemente basse. All'aumentare della velocità, questo rapporto cambia, aumentando con la velocità.

LA SECONDA LEGGE DI NEWTON

Segue dall'esperienza che nei sistemi di riferimento inerziali l'accelerazione di un corpo è proporzionale alla somma vettoriale di tutte le forze agenti su di esso e inversamente proporzionale alla massa del corpo:

La seconda legge di Newton esprime la relazione tra la risultante di tutte le forze e l'accelerazione che provoca:

Ecco la variazione della quantità di moto del punto materiale nel tempo. Impostiamo l'intervallo di tempo a zero:

allora otteniamo

	Tra i tipi estremi di intrattenimento, un posto speciale è occupato dal bungee jumping o dal bungee jumping. Nella città di Jeffrey Bay c'è il più grande "bungee" registrato - 221 m È persino elencato nel Guinness dei primati. La lunghezza della corda è calcolata in modo che una persona che salta giù si fermi sul bordo dell'acqua o semplicemente la tocchi. La persona che salta è trattenuta dalla forza elastica della corda deformata. Tipicamente, il cavo è un insieme di fili di gomma intrecciati insieme. Quindi, quando cade, il cavo scatta, impedendo alle gambe del saltatore di staccarsi e aggiungendo ulteriori sensazioni al salto. In piena conformità con la seconda legge di Newton, un aumento del tempo di interazione tra il saltatore e la corda porta ad un indebolimento della forza che agisce dalla corda sulla persona.
	Per ricevere una palla che vola ad alta velocità quando si gioca a pallavolo, è necessario muovere le mani nella direzione della palla. Allo stesso tempo, aumenta il tempo di interazione con la palla e, quindi, in piena conformità con la seconda legge di Newton, l'entità della forza che agisce sulle mani diminuisce.

Presentata in questa forma, la seconda legge di Newton contiene una nuova quantità fisica: la quantità di moto. A velocità prossime a quella della luce nel vuoto, la quantità di moto diventa la principale quantità misurata negli esperimenti. Pertanto, l'equazione (2.2) è una generalizzazione dell'equazione del moto per velocità relativistiche.

Come si può vedere dall'equazione (2.2), se , allora un valore costante, ne segue che è costante, cioè la quantità di moto, e con essa la velocità di un punto materiale che si muove liberamente, sono costanti. Quindi, formalmente, la prima legge di Newton è una conseguenza della seconda legge. Perché, allora, viene additata come legge indipendente? Il fatto è che l'equazione che esprime la seconda legge di Newton ha senso solo quando è indicato il sistema di riferimento in cui è valida. È la prima legge di Newton che ci permette di individuare un tale quadro di riferimento. Afferma che esiste un sistema di riferimento in cui un punto materiale libero si muove senza accelerazione. In un tale sistema di riferimento, il movimento di qualsiasi punto materiale obbedisce all'equazione del moto di Newton. Pertanto, in sostanza, la prima legge non può essere considerata una semplice conseguenza logica della seconda. La connessione tra queste leggi è più profonda.

Dall'equazione (2.2) segue che, cioè una variazione infinitesimale della quantità di moto in un periodo di tempo infinitamente piccolo è uguale al prodotto, chiamato impulso di forza. Maggiore è la quantità di moto della forza, maggiore è la variazione della quantità di moto.

TIPI DI FORZA

L'intera varietà di interazioni esistenti in natura si riduce a quattro tipi: gravitazionali, elettromagnetiche, forti e deboli. Le interazioni forti e deboli sono significative a distanze così piccole che le leggi della meccanica di Newton non sono più applicabili. Tutti i fenomeni macroscopici nel mondo che ci circonda sono determinati dalle interazioni gravitazionali ed elettromagnetiche. Solo per questi tipi di interazioni il concetto di forza può essere utilizzato nel senso della meccanica newtoniana. Le forze gravitazionali sono più significative nell'interazione di grandi masse. Le manifestazioni delle forze elettromagnetiche sono estremamente diverse. Ben note forze di attrito, le forze elastiche sono di natura elettromagnetica. Poiché la seconda legge di Newton determina l'accelerazione di un corpo indipendentemente dalla natura delle forze che impartiscono l'accelerazione, in futuro utilizzeremo il cosiddetto approccio fenomenologico: sulla base dell'esperienza, stabiliremo modelli quantitativi per queste forze.

forze elastiche. Le forze elastiche sorgono in un corpo che è influenzato da altri corpi o campi e sono associate alla deformazione del corpo. Le deformazioni sono un tipo speciale di movimento, vale a dire il movimento di parti del corpo l'una rispetto all'altra sotto l'azione di una forza esterna. Quando un corpo è deformato, la sua forma e il suo volume cambiano. Per i solidi si distinguono due casi limite di deformazione: elastico e plastico. La deformazione è detta elastica se scompare completamente dopo la fine dell'azione delle forze deformanti. Con le deformazioni plastiche (anelastiche), i corpi mantengono parzialmente la loro forma modificata dopo la rimozione del carico.

Le deformazioni elastiche dei corpi sono diverse. Sotto l'azione di una forza esterna, i corpi possono allungarsi e contrarsi, piegarsi, torcersi, ecc. Questo spostamento è contrastato dalle forze di interazione tra le particelle di un corpo solido, che mantengono queste particelle a una certa distanza l'una dall'altra. Pertanto, con qualsiasi tipo di deformazione elastica, nel corpo sorgono forze interne che ne impediscono la deformazione. Le forze che sorgono nel corpo durante la sua deformazione elastica e dirette contro la direzione di spostamento delle particelle del corpo causate dalla deformazione sono chiamate forze elastiche. Le forze elastiche agiscono in qualsiasi sezione del corpo deformato, nonché nel luogo del suo contatto con il corpo provocandone la deformazione.

L'esperienza mostra che per piccole deformazioni elastiche, l'entità della deformazione è proporzionale alla forza che la provoca (Fig. 2.3). Questa affermazione è chiamata legge Hooke.

Robert Hooke, 1635-1702

fisico inglese. Nato a Freshwater, sull'isola di Wight, nella famiglia di un prete, si è laureato all'Università di Oxford. Mentre era ancora all'università, lavorò come assistente nel laboratorio di Robert Boyle, aiutando quest'ultimo a costruire una pompa a vuoto per l'impianto su cui fu scoperta la legge Boyle-Mariotte. Come contemporaneo di Isaac Newton, partecipò attivamente con lui ai lavori della Royal Society e nel 1677 vi assunse l'incarico di segretario scientifico. Come molti altri scienziati dell'epoca, Robert Hooke si interessò alle più diverse aree delle scienze naturali e contribuì allo sviluppo di molte di esse. Nella sua monografia "Micrografia", ha pubblicato molti schizzi della struttura microscopica dei tessuti viventi e di altri campioni biologici e ha introdotto per la prima volta il moderno concetto di "cellula vivente". In geologia, è stato il primo a rendersi conto dell'importanza degli strati geologici ed è stato il primo nella storia a impegnarsi nello studio scientifico dei disastri naturali. Fu uno dei primi a proporre l'ipotesi che la forza di attrazione gravitazionale tra i corpi decresce in proporzione al quadrato della distanza tra di loro, e due compatrioti e contemporanei, Hooke e Newton, fino alla fine della loro vita si contesero l'uno dell'altro diritto di essere chiamato lo scopritore della legge di gravitazione universale. Hooke ha sviluppato e costruito personalmente una serie di importanti strumenti scientifici e di misura. In particolare fu il primo a proporre di posizionare un mirino di due fili sottili nell'oculare di un microscopio, fu il primo a proporre di prendere il punto di congelamento dell'acqua come zero sulla scala della temperatura, e inventò anche un giunto cardanico ( giunto cardanico).

L'espressione matematica della legge di Hooke per la deformazione della tensione unilaterale (compressione) è:

dov'è la forza elastica; - variazione della lunghezza (deformazione) del corpo; - coefficiente di proporzionalità, dipendente dalle dimensioni e dal materiale del corpo, detto rigidità. L'unità SI della rigidità è newton per metro (N/m). In caso di tensione o compressione unilaterale, la forza elastica è diretta lungo la retta lungo la quale agisce la forza esterna, provocando la deformazione del corpo, opposta alla direzione di tale forza e perpendicolare alla superficie del corpo. La forza elastica è sempre diretta verso la posizione di equilibrio. La forza elastica che agisce sul corpo dal lato del supporto o sospensione è chiamata forza di reazione del supporto o forza di tensione della sospensione.

In . In questo caso . Di conseguenza, il modulo di Young è numericamente uguale a una sollecitazione così normale che avrebbe dovuto sorgere nel corpo quando la sua lunghezza è raddoppiata (se la legge di Hooke fosse soddisfatta per una deformazione così ampia). Dalla (2.3) si vede anche che nelle unità SI il modulo di Young è misurato in pascal (). Per diversi materiali, il modulo di Young varia ampiamente. Per l'acciaio, ad esempio, e per la gomma, approssimativamente, cioè cinque ordini di grandezza in meno.

Naturalmente, la legge di Hooke, anche nella forma migliorata da Jung, non descrive tutto ciò che accade a un solido sotto l'influenza di forze esterne. Immagina un elastico. Se non lo allunghi troppo, dal lato dell'elastico si formerà una forza di ripristino della tensione elastica e, non appena lo rilasci, si raccoglierà immediatamente e tornerà alla sua forma precedente. Se allunghi ulteriormente l'elastico, prima o poi perderà la sua elasticità e sentirai che la forza di resistenza allo stiramento è diminuita. Ciò significa che hai superato il cosiddetto limite elastico del materiale. Se tiri ulteriormente la gomma, dopo un po' si romperà del tutto e la resistenza scomparirà completamente. Ciò significa che il cosiddetto punto di rottura è stato superato. In altre parole, la legge di Hooke è valida solo per compressioni o tensioni relativamente piccole.

Presentiamo alla vostra attenzione una video lezione dedicata all'argomento “Quadri di riferimento inerziali. La prima legge di Newton, che è inclusa nel corso di fisica della scuola per il grado 9. All'inizio della lezione, l'insegnante ti ricorderà l'importanza del quadro di riferimento scelto. E poi parlerà della correttezza e delle caratteristiche del sistema di riferimento scelto, e spiegherà anche il termine "inerzia".

Nella lezione precedente abbiamo parlato dell'importanza di scegliere un quadro di riferimento. Ricordiamo che la traiettoria, la distanza percorsa e la velocità dipenderanno da come scegliamo la CO. Ci sono una serie di altre caratteristiche associate alla scelta di un sistema di riferimento e ne parleremo.

Riso. 1. Dipendenza della traiettoria di caduta del carico dalla scelta del sistema di riferimento

In seconda media hai studiato i concetti di "inerzia" e "inerzia".

Inerzia - Questo fenomeno, in cui il corpo tende a mantenere il suo stato originario. Se il corpo si stava muovendo, allora dovrebbe sforzarsi di mantenere la velocità di questo movimento. E se è a riposo, si sforzerà di mantenere il suo stato di riposo.

inerzia - Questo proprietà corpo per mantenere uno stato di movimento. La proprietà dell'inerzia è caratterizzata da una quantità come massa. Il peso – misura dell'inerzia del corpo. Più il corpo è pesante, più è difficile muoversi o, al contrario, fermarsi.

Si prega di notare che questi concetti sono direttamente correlati al concetto di " sistema di riferimento inerziale» (ISO), di cui si parlerà di seguito.

Considera il movimento di un corpo (o lo stato di riposo) se nessun altro corpo agisce sul corpo. La conclusione su come si comporterà il corpo in assenza dell'azione di altri corpi è stata proposta per la prima volta da René Descartes (Fig. 2) e proseguita negli esperimenti di Galileo (Fig. 3).

Riso. 2. René Cartesio

Riso. 3. Galileo Galilei

Se il corpo si muove e nessun altro corpo agisce su di esso, allora il movimento sarà preservato, rimarrà rettilineo e uniforme. Se altri corpi non agiscono sul corpo e il corpo è a riposo, lo stato di riposo sarà preservato. Ma è noto che lo stato di riposo è connesso al quadro di riferimento: in un FR il corpo è a riposo, in un altro si muove abbastanza bene e rapidamente. I risultati degli esperimenti e del ragionamento portano alla conclusione che non in tutti i sistemi di riferimento il corpo si muoverà in linea retta e uniforme o starà fermo in assenza di altri corpi che agiscono su di esso.

Di conseguenza, per risolvere il problema principale della meccanica, è importante scegliere un tale sistema di segnalazione, dove la legge dell'inerzia è comunque rispettata, dove è chiara la ragione che ha causato il cambiamento nel movimento del corpo. Se il corpo si muove in linea retta ed uniforme in assenza dell'azione di altri corpi, un tale quadro di riferimento sarà per noi preferibile, e si chiamerà sistema di riferimento inerziale(ISO).

Il punto di vista di Aristotele sulla causa del moto

Un sistema di riferimento inerziale è un modello conveniente per descrivere il movimento di un corpo e le ragioni che causano tale movimento. Per la prima volta questo concetto è apparso grazie a Isaac Newton (Fig. 5).

Riso. 5. Isaac Newton (1643-1727)

Gli antichi greci immaginavano il movimento in un modo completamente diverso. Conosceremo il punto di vista aristotelico sul movimento (Fig. 6).

Riso. 6. Aristotele

Secondo Aristotele, esiste un solo sistema di riferimento inerziale: il sistema di riferimento associato alla Terra. Tutti gli altri sistemi di riferimento, secondo Aristotele, sono secondari. Di conseguenza, tutti i movimenti possono essere suddivisi in due tipi: 1) naturali, cioè quelli che la Terra riporta; 2) forzato, cioè tutto il resto.

L'esempio più semplice di moto naturale è la caduta libera di un corpo sulla Terra, poiché la Terra in questo caso impartisce velocità al corpo.

Considera un esempio di movimento forzato. Questa è la situazione in cui il cavallo tira il carro. Finché il cavallo esercita forza, il carro si muove (Fig. 7). Non appena il cavallo si fermò, anche il carro si fermò. Nessuna potenza, nessuna velocità. Secondo Aristotele, è la forza che spiega la presenza della velocità in un corpo.

Riso. 7. Movimento forzato

Finora, alcune persone comuni considerano giusto il punto di vista di Aristotele. Ad esempio, il colonnello Friedrich Kraus von Zillergut de Le avventure del buon soldato Schweik durante la guerra mondiale ha cercato di illustrare il principio "Nessuna potenza, nessuna velocità": "Quando è uscita tutta la benzina", ha detto il colonnello, "l'auto era costretto a fermarsi. Questo è quello che ho visto ieri. E dopo si parla ancora di inerzia, signori. Non va, sta in piedi, non si muove da un luogo. Niente benzina! Beh, non è divertente?

Come nel mondo dello spettacolo moderno, dove ci sono i fan, ci saranno sempre i critici. Anche Aristotele aveva i suoi critici. Gli hanno suggerito di fare il seguente esperimento: lascia andare il corpo e cadrà esattamente nel punto in cui lo lasciamo andare. Diamo un esempio di critica alla teoria di Aristotele, simile agli esempi dei suoi contemporanei. Immaginate che un aereo volante lanci una bomba (Fig. 8). La bomba cadrà esattamente nel punto in cui l'abbiamo rilasciata?

Riso. 8. Illustrazione per esempio

Ovviamente no. Ma dopo tutto, questo è un movimento naturale, un movimento che la Terra ha riportato. Allora cosa fa muovere questa bomba sempre più lontano? Aristotele rispose così: il fatto è che il movimento naturale che la Terra riporta è una caduta a picco. Ma quando si muove nell'aria, la bomba viene portata via dalle sue turbolenze e queste turbolenze, per così dire, spingono la bomba in avanti.

Cosa succede se l'aria viene rimossa e viene creato un vuoto? Dopotutto, se non c'è aria, allora, secondo Aristotele, la bomba dovrebbe cadere rigorosamente nel luogo in cui è stata lanciata. Aristotele sosteneva che se non c'è aria, allora una situazione del genere è possibile, ma in realtà non c'è vuoto in natura, non c'è vuoto. E se non c'è il vuoto, non c'è problema.

E solo Galileo Galilei formulò il principio di inerzia nella forma a cui siamo abituati. La ragione del cambiamento di velocità è l'effetto di altri corpi sul corpo. Se altri corpi non agiscono sul corpo o questa azione viene compensata, la velocità del corpo non cambierà.

Possiamo fare il seguente ragionamento riguardo al sistema di riferimento inerziale. Immagina una situazione in cui un'auto si sta muovendo, quindi il conducente spegne il motore e quindi l'auto si muove per inerzia (Fig. 9). Ma questa è un'affermazione errata per il semplice motivo che nel tempo l'auto si fermerà a causa della forza di attrito. Pertanto, in questo caso non ci sarà un movimento uniforme: una delle condizioni è assente.

Riso. 9. La velocità dell'auto cambia a causa della forza di attrito

Considera un altro caso: un trattore grande e grande si muove a velocità costante, mentre di fronte trascina un grosso carico con una benna. Tale movimento può essere considerato rettilineo e uniforme, perché in questo caso tutte le forze che agiscono sul corpo si compensano e si equilibrano tra loro (Fig. 10). Quindi, il quadro di riferimento associato a questo corpo, possiamo considerarlo inerziale.

Riso. 10. Il trattore si muove in modo uniforme e in linea retta. L'azione di tutti i corpi è compensata

Possono esserci molti sistemi di riferimento inerziali. In realtà, tuttavia, un tale quadro di riferimento è ancora idealizzato, poiché a un esame più attento non esistono tali quadri di riferimento in senso pieno. L'ISO è una sorta di idealizzazione che consente di simulare efficacemente processi fisici reali.

Per i sistemi di riferimento inerziali vale la formula di Galileo per sommare le velocità. Si noti inoltre che tutti i sistemi di riferimento, di cui abbiamo parlato prima, possono essere considerati inerziali in una certa approssimazione.

Isaac Newton è stato il primo a formulare la legge dedicata all'ISO. Il merito di Newton sta nel fatto di essere stato il primo a dimostrare scientificamente che la velocità di un corpo in movimento non cambia istantaneamente, ma come risultato di qualche azione nel tempo. Questo fatto ha costituito la base per la creazione della legge, che chiamiamo prima legge di Newton.

La prima legge di Newton : esistono sistemi di riferimento in cui il corpo si muove in linea retta e uniformemente o è fermo se nessuna forza agisce sul corpo o tutte le forze agenti sul corpo sono compensate. Tali sistemi di riferimento sono detti inerziali.

In un altro modo, a volte dicono questo: un sistema di riferimento inerziale è un sistema in cui le leggi di Newton sono soddisfatte.

Perché la Terra è una CO non inerziale. pendolo di Foucault

In un gran numero di problemi, è necessario considerare il moto di un corpo rispetto alla Terra, mentre consideriamo la Terra un sistema di riferimento inerziale. Si scopre che questa affermazione non è sempre vera. Se consideriamo il movimento della Terra rispetto al suo asse o rispetto alle stelle, allora questo movimento avviene con una certa accelerazione. SO, che si muove con una certa accelerazione, non può essere considerato inerziale in senso pieno.

La terra ruota attorno al suo asse, il che significa che tutti i punti che giacciono sulla sua superficie cambiano continuamente la direzione della loro velocità. La velocità è una quantità vettoriale. Se la sua direzione cambia, appare una certa accelerazione. Pertanto, la Terra non può essere un ISO corretto. Se calcoliamo questa accelerazione per i punti situati sull'equatore (punti che hanno la massima accelerazione rispetto ai punti più vicini ai poli), allora il suo valore sarà . L'indice mostra che l'accelerazione è centripeta. Rispetto all'accelerazione di gravità, l'accelerazione può essere trascurata e la Terra può essere considerata un sistema di riferimento inerziale.

Tuttavia, durante le osservazioni a lungo termine, non bisogna dimenticare la rotazione della Terra. Ciò è stato dimostrato in modo convincente dallo scienziato francese Jean Bernard Leon Foucault (Fig. 11).

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

pendolo di Foucault(Fig. 12) - è un enorme peso sospeso su un lunghissimo filo.

Riso. 12. Modello a pendolo di Foucault

Se il pendolo di Foucault viene portato fuori equilibrio, descriverà la traiettoria successiva diversa da una retta (Fig. 13). Lo spostamento del pendolo è dovuto alla rotazione della Terra.

Riso. 13. Oscillazioni del pendolo di Foucault. Vista dall'alto.

La rotazione della Terra è dovuta a una serie di fatti interessanti. Ad esempio, nei fiumi dell'emisfero settentrionale, di regola, la sponda destra è più ripida e la sponda sinistra è più dolce. Nei fiumi dell'emisfero australe - al contrario. Tutto ciò è dovuto proprio alla rotazione della Terra e alla conseguente forza di Coriolis.

Sulla questione della formulazione della prima legge di Newton

La prima legge di Newton: se nessun corpo agisce sul corpo o la loro azione è reciprocamente equilibrata (compensata), allora questo corpo sarà fermo o si muoverà in modo uniforme e rettilineo.

Consideriamo una situazione che ci indicherà che una tale formulazione della prima legge di Newton deve essere corretta. Immagina un treno con i finestrini chiusi. In un tale treno, il passeggero non può determinare se il treno si sta muovendo o meno dagli oggetti all'esterno. Consideriamo due quadri di riferimento: FR associato al passeggero Volodya e FR associato all'osservatore sulla piattaforma Katya. Il treno inizia ad accelerare, la sua velocità aumenta. Cosa accadrà alla mela in tavola? Rotellerà nella direzione opposta. Per Katya sarà ovvio che la mela si muove per inerzia, ma per Volodya sarà incomprensibile. Non vede che il treno ha iniziato il suo movimento e all'improvviso una mela che giace sul tavolo inizia a rotolarci sopra. Come può essere? Dopotutto, secondo la prima legge di Newton, la mela deve rimanere ferma. Pertanto, è necessario migliorare la definizione della prima legge di Newton.

Riso. 14. Esempio di illustrazione

Corretta formulazione della prima legge di Newton suona così: ci sono sistemi di riferimento in cui il corpo si muove in linea retta e uniformemente o è fermo se nessuna forza agisce sul corpo o tutte le forze che agiscono sul corpo sono compensate.

Volodya è in un quadro di riferimento non inerziale e Katya è in uno inerziale.

La maggior parte dei sistemi, sistemi di riferimento reali - non inerziali. Considera un semplice esempio: seduto su un treno, metti un corpo (ad esempio una mela) sul tavolo. Quando il treno inizia a muoversi, osserveremo un'immagine così curiosa: la mela si muoverà, rotolerà nella direzione opposta al movimento del treno (Fig. 15). In questo caso, non saremo in grado di determinare quali corpi agiscono, fanno muovere la mela. In questo caso, il sistema si dice non inerziale. Ma puoi uscire dalla situazione entrando forza d'inerzia.

Riso. 15. Un esempio di CO non inerziale

Un altro esempio: quando un corpo si muove lungo un arrotondamento della strada (Fig. 16), si genera una forza che fa deviare il corpo dalla direzione rettilinea del moto. In questo caso, dobbiamo anche considerare sistema di riferimento non inerziale, ma, come nel caso precedente, possiamo anche uscire dalla situazione introducendo il cd. forze di inerzia.

Riso. 16. Forze d'inerzia quando ci si sposta lungo un percorso arrotondato

Conclusione

Esistono un numero infinito di sistemi di riferimento, ma la maggior parte di essi sono quelli che non possiamo considerare come sistemi di riferimento inerziali. Il sistema di riferimento inerziale è un modello idealizzato. A proposito, possiamo prendere un tale sistema di riferimento come un sistema di riferimento associato alla Terra o ad alcuni oggetti distanti (ad esempio, con le stelle).

Bibliografia

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1. Portale Internet "physics.ru" ()
2. Portale Internet "ens.tpu.ru" ()
3. Portale Internet "prosto-o-slognom.ru" ()

Compiti a casa

1. Formulare definizioni di sistemi di riferimento inerziali e non. Fornisci esempi di tali sistemi.
2. Prima legge di stato di Newton.
3. In ISO, il corpo è a riposo. Determina qual è il valore della sua velocità in IFR, che si muove rispetto al primo sistema di riferimento con una velocità v?

Equivalente è la seguente formulazione, conveniente per l'uso in meccanica teorica: "Si chiama un sistema di riferimento inerziale, in relazione al quale lo spazio è omogeneo e isotropo, e il tempo è omogeneo". Le leggi di Newton, così come tutti gli altri assiomi della dinamica della meccanica classica, sono formulati in relazione ai sistemi di riferimento inerziali.

Il termine "sistema inerziale" (tedesco Inertialsystem) è stato proposto nel 1885 Ludwig Lange?! e intendeva un sistema di coordinate in cui sono valide le leggi di Newton. Come concepito da Lange, questo termine doveva sostituire il concetto di spazio assoluto, oggetto di critiche devastanti in questo periodo. Con l'avvento della teoria della relatività, il concetto è stato generalizzato al "sistema di riferimento inerziale".

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✪ Sistemi di riferimento inerziali. prima legge di Newton | Grado di fisica 9 # 10 | lezione informativa

✪ Cosa sono i sistemi di riferimento inerziali La prima legge di Newton

✪ Sistemi di riferimento inerziali e non (1)

Sottotitoli

Proprietà dei sistemi di riferimento inerziali

Qualsiasi sistema di riferimento che si muova in modo uniforme, rettilineo e senza rotazione rispetto all'IFR è anch'esso un IFR. Secondo il principio di relatività, tutti gli IFR sono uguali e tutte le leggi della fisica sono invarianti rispetto al passaggio da un IFR all'altro. Ciò significa che le manifestazioni delle leggi della fisica in esse hanno lo stesso aspetto e le registrazioni di queste leggi hanno la stessa forma in ISO diversi.

L'ipotesi dell'esistenza di almeno un IFR in uno spazio isotropico porta alla conclusione che esiste un insieme infinito di tali sistemi che si muovono l'uno rispetto all'altro in modo uniforme, rettilineo e traslatorio con tutte le velocità possibili. Se esistono IFR, lo spazio sarà omogeneo e isotropo e il tempo sarà omogeneo; secondo il teorema di Noether, l'omogeneità dello spazio rispetto agli spostamenti darà la legge di conservazione della quantità di moto, l'isotropia porterà alla conservazione della quantità di moto e l'omogeneità del tempo conserverà l'energia di un corpo in movimento.

Se le velocità del moto relativo di IFR realizzate da corpi reali possono assumere qualsiasi valore, la connessione tra le coordinate e i momenti temporali di qualsiasi "evento" in diversi IFR è effettuata da trasformazioni galileiane.

Collegamento con sistemi di riferimento reali

I sistemi assolutamente inerziali sono un'astrazione matematica e non esistono in natura. Tuttavia, esistono quadri di riferimento in cui l'accelerazione relativa di corpi sufficientemente distanti tra loro (misurata dall'effetto Doppler) non supera 10 −10 m/s², ad esempio,