Inercialni referenčni okvirji na kratko fizika. Inercialni referenčni okviri: Newtonov prvi zakon

Referenčni okvir, ki se (glede na zvezde) giblje enakomerno in premočrtno (t.j. po vztrajnosti), se imenuje inercialni. Očitno je takih referenčnih okvirjev nešteto, saj je vsak okvir, ki se giblje enakomerno in pravokotno glede na nek inercialni referenčni okvir, tudi inercialni.Referenčni okvirji, ki se (glede na inercialni okvir) gibljejo s pospeškom, imenujemo neinercialni.

Izkušnje to kažejo

v vseh inercialnih referenčnih okvirih vsi mehanski procesi potekajo na popolnoma enak način (pod enakimi pogoji).

To stališče, imenovano mehansko načelo relativnosti (ali Galilejevo načelo relativnosti), je leta 1636 oblikoval Galileo. Galileo je to razložil s primerom mehanskih procesov, ki se odvijajo v kabini ladje, ki pluje enakomerno in pravocrtno po mirnem morju. Za opazovalca v kabini se nihanje nihala, padec teles in drugi mehanski procesi odvijajo na popolnoma enak način kot na mirujoči ladji. Zato je ob opazovanju teh procesov nemogoče ugotoviti niti velikost hitrosti niti celo samo dejstvo gibanja ladje. Za presojo gibanja ladje glede na kateri koli referenčni sistem (na primer površje oceana) je treba tudi ta sistem opazovati (videti, kako se odmikajo predmeti, ki ležijo na vodi, itd.).

Do začetka XX stoletja. izkazalo se je, da ne le mehanski, ampak tudi toplotni, električni, optični in vsi drugi procesi in naravni pojavi potekajo na popolnoma enak način v vseh inercialnih referenčnih okvirih. Na tej podlagi je Einstein leta 1905 oblikoval posplošeno načelo relativnosti, kasneje imenovano Einsteinovo načelo relativnosti:

v vseh inercialnih referenčnih okvirih vsi fizikalni procesi potekajo na popolnoma enak način (pod enakimi pogoji).

To načelo, skupaj s predpostavko, da je hitrost svetlobe v vakuumu neodvisna od gibanja svetlobnega vira (glej § 20), je bila osnova posebne teorije relativnosti, ki jo je razvil Einstein.

Newtonovi zakoni in drugi zakoni dinamike, ki jih obravnavamo, so izpolnjeni le v inercialnih referenčnih okvirih. V neinercialnih referenčnih okvirih ti zakoni na splošno ne veljajo več. Razmislite o preprostem primeru, da razjasnite zadnjo trditev.

Na popolnoma gladki ploščadi, ki se giblje enakomerno in pravokotno, leži krogla mase, na isti ploščadi je opazovalec. Drugi opazovalec stoji na Zemlji nedaleč od mesta, kjer naj bi mimo ploščad. Očitno je, da sta oba opazovalca povezana z inercialnimi referenčnimi okvirji.

Naj se zdaj, v trenutku mimo opazovalca, povezanega z Zemljo, platforma začne premikati s pospeškom a, torej postane neinercialni referenčni okvir. V tem primeru se bo krogla, ki je bila prej v mirovanju glede na ploščad, začela (glede nanjo) gibati s pospeškom a, nasprotno smeri in po velikosti enako pospešku, ki ga doseže platforma. Ugotovimo, kako izgleda obnašanje žoge s stališča vsakega od opazovalcev.

Za opazovalca, ki je povezan z inercialnim referenčnim sistemom - Zemljo, se žoga še naprej giblje enakomerno in pravokotno v skladu z zakonom vztrajnosti (ker nanjo ne deluje nobena sila, razen gravitacije, uravnotežene z reakcijo podpore).

Opazovalec, ki je povezan z neinercialnim referenčnim sistemom - platformo, ima drugačno sliko: žogica se začne premikati in pridobi pospešek - vendar brez vpliva sile (saj opazovalec ne zazna udarca na žogo drugih teles ki dajejo žogi pospešek). To je očitno v nasprotju z zakonom vztrajnosti. Tudi Newtonov drugi zakon ni izpolnjen: z njegovo uporabo bi opazovalec dosegel, da (sila) a je to nemogoče, saj niti a niti a nista enaka nič.

Za opis gibanja v neinercialnih referenčnih okvirih pa je mogoče uporabiti zakone dinamike, če upoštevamo sile posebne vrste - vztrajnostne sile. Potem lahko v našem primeru opazovalec, povezan s ploščadjo, domneva, da se krogla giblje pod delovanjem vztrajnostne sile

Uvedba sile vztrajnosti omogoča, da Newtonov drugi zakon (in njegove posledice) zapišemo v običajni obliki (glej § 7); samo pod delujočo silo je zdaj treba razumeti rezultanto "navadnih" sil in vztrajnostnih sil

kjer je masa telesa in njegov pospešek.

Sile vztrajnosti smo poimenovali "posebne vrste", prvič, ker delujejo samo v neinercialnih referenčnih okvirih, in drugič, ker je zanje, za razliko od "navadnih" sil, nemogoče navesti, katera druga telesa (na zadevnem telesu), so pogojeni. Očitno je iz tega razloga nemogoče uporabiti Newtonov tretji zakon (in njegove posledice) za vztrajnostne sile; to je tretja lastnost inercialnih sil.

Nemožnost določitve posameznih teles, katerih delovanje (na obravnavano telo) je posledica vztrajnosti, seveda ne pomeni, da nastanek teh sil sploh ni povezan z delovanjem katerega koli materiala. telesa. Obstajajo resni razlogi za domnevo, da so vztrajnostne sile posledica delovanja celotnega niza teles vesolja (masa vesolja kot celote).

Dejstvo je, da obstaja velika podobnost med vztrajnostnimi in gravitacijskimi silami: obe sta sorazmerni z maso telesa, na katero delujeta, zato pospešek, ki ga daje telesu vsaka od teh sil, ni odvisen. na maso telesa. Pod določenimi pogoji teh sil sploh ni mogoče razlikovati. Naj se na primer vesoljska ladja s pospeškom (zaradi delovanja motorjev) premika nekje v vesolju. Kozmonavt v njej bo doživel silo, ki ga pritisne na "tla" (zadnja stena glede na smer gibanja) vesoljskega plovila. Ta sila bo ustvarila popolnoma enak učinek in bo pri astronavtu povzročila enake občutke, kot bi jih povzročila ustrezna sila gravitacije.

Če astronavt verjame, da se njegova ladja giblje s pospeškom glede na vesolje, bo silo, ki deluje nanjo, imenoval vztrajnostna sila. Če pa kozmonavt meni, da je njegova ladja negibna, vesolje pa hiti mimo ladje z enakim pospeškom a, potem bo to silo imenoval gravitacijska sila. In obe stališči bosta popolnoma enaki. Noben poskus, opravljen znotraj ladje, ne more dokazati pravilnosti enega in zmotnosti drugega stališča.

Iz obravnavanih in drugih podobnih primerov sledi, da je pospešeno gibanje referenčnega okvirja enakovredno (po učinku na telesa) nastanku ustreznih gravitacijskih sil. To stališče imenujemo načelo enakovrednosti sil gravitacije in vztrajnosti (Einsteinovo načelo enakovrednosti); to načelo je osnova splošne teorije relativnosti.

Vztrajnostne sile nastanejo ne le pri pravokotno premikajočih se, temveč tudi v vrtečih se neinercialnih referenčnih okvirih. Naj na primer na vodoravni ploščadi, ki se lahko vrti okoli navpične osi, stoji telo mase, ki je z gumijasto vrvico povezano s središčem vrtenja O (slika 18). Če se platforma začne vrteti s kotno hitrostjo ω (in se posledično spremeni v neinercialni sistem), bo zaradi trenja tudi telo vključeno v vrtenje. Vendar se bo premikal v radialni smeri od središča ploščadi, dokler naraščajoča elastična sila raztezne vrvice ne ustavi tega gibanja. Nato se bo telo začelo vrteti na razdalji od središča O.

Z vidika opazovalca, ki je povezan s ploščadjo, je gibanje krogle glede nanjo posledica neke sile, ki je sila vztrajnosti, saj je ne povzroča delovanje drugih določenih teles na kroglo; imenujemo jo centrifugalna sila vztrajnosti. Očitno je vztrajnostna centrifugalna sila enaka po velikosti in v nasprotni smeri od elastične sile raztegnjene vrvice, ki igra vlogo centripetalne sile, ki deluje na telo, ki se vrti glede na vztrajnostni okvir (glej § 13).

zato je centrifugalna vztrajnostna sila sorazmerna z oddaljenostjo telesa od osi vrtenja.

Poudarjamo, da vztrajnostne centrifugalne sile ne smemo zamenjevati z "navadno" centrifugalno silo, omenjeno na koncu § 13. To so sile različne narave, ki delujejo na različne predmete: centrifugalna sila vztrajnosti deluje na telo, in na povezavo deluje centrifugalna sila.

Na koncu ugotavljamo, da je z vidika načela enakovrednosti sil gravitacije in vztrajnosti podana preprosta razlaga delovanja vseh centrifugalnih mehanizmov: črpalk, separatorjev itd. (glej § 13).

Vsak centrifugalni mehanizem lahko obravnavamo kot vrteči se neinercialni sistem, ki povzroča pojav gravitacijskega polja radialne konfiguracije, ki na omejenem območju bistveno presega zemeljsko gravitacijsko polje. V tem polju se gostejši delci vrtljivega medija ali delci, ki so nanj šibko vezani, premikajo proti njegovemu obrobju (kot da gredo "na dno").

Prvi zakon mehanike ali zakon vztrajnosti ( vztrajnost- to je lastnost teles, da ohranijo svojo hitrost, če nanjo ne delujejo druga telesa ), kot ga pogosto imenujejo, je ustanovil Galileo. Toda Newton je dal strogo formulacijo tega zakona in ga vključil med temeljne zakone mehanike. Zakon vztrajnosti se nanaša na najpreprostejši primer gibanja - gibanje telesa, na katerega druga telesa ne vplivajo. Takšna telesa se imenujejo prosta telesa.

Nemogoče je odgovoriti na vprašanje, kako se gibljejo prosta telesa, ne da bi se sklicevali na izkušnje. Nemogoče pa je postaviti en sam poskus, ki bi v čisti obliki pokazal, kako se telo, ki ni v interakciji z ničemer, giblje, saj teh teles ni. Kako biti?

Izhod je samo en. Za telo je treba ustvariti pogoje, pod katerimi je vpliv zunanjih vplivov vedno manjši, in opazovati, do česa to vodi. Možno je, na primer, opazovati gibanje gladkega kamna po vodoravni površini, potem ko mu je bila dana določena hitrost. (Privlačnost kamna na tla je uravnotežena z delovanjem površine, na kateri leži, in samo trenje vpliva na njegovo hitrost.) Vendar je enostavno ugotoviti, da bolj gladka je površina, počasneje se bo hitrost kamna zmanjševala. Na gladkem ledu kamen drsi zelo dolgo, brez opazne spremembe hitrosti. Trenje lahko zmanjšamo na minimum z uporabo zračne blazine – zračnih curkov, ki podpirajo telo nad trdno površino, po kateri poteka gibanje. To načelo se uporablja v vodnem prometu (lebnjača). Na podlagi takšnih opazovanj lahko sklepamo, da če bi bila površina popolnoma gladka, potem v odsotnosti zračnega upora (v vakuumu) kamen sploh ne bi spremenil svoje hitrosti. Galileo je prvi prišel do tega sklepa.

Po drugi strani pa je enostavno opaziti, da se ob spremembi hitrosti telesa vedno zazna vpliv drugih teles nanj. Iz tega je mogoče sklepati, da telo, ki je dovolj oddaljeno od drugih teles in se zato brez interakcije z njimi giblje s konstantno hitrostjo.

Gibanje je relativno, zato je smiselno govoriti le o gibanju telesa glede na referenčni okvir, ki je povezan z drugim telesom. Takoj se postavlja vprašanje: ali se bo prosto telo gibalo s konstantno hitrostjo glede na katero koli drugo telo? Odgovor je seveda ne. Torej, če se prosto telo glede na Zemljo giblje ravno in enakomerno, potem se glede na vrteči vrtiljak telo zagotovo ne bo premikalo na ta način.

Opazovanja gibanja teles in razmišljanja o naravi teh gibanj nas pripeljejo do zaključka, da se prosta telesa gibljejo s konstantno hitrostjo, vsaj glede na nekatera telesa in z njimi povezane referenčne okvire. Na primer v zvezi z Zemljo. To je glavna vsebina zakona vztrajnosti.

Torej Newtonov prvi zakon se lahko formulira takole:

obstajajo takšni referenčni okviri, glede na katere telo (materialna točka) ob odsotnosti zunanjih vplivov nanj (ali z njihovo medsebojno kompenzacijo) ohrani stanje mirovanja ali enakomernega pravokotnega gibanja.

Inercialni referenčni okvir

Newtonov prvi zakon trdi (to je mogoče eksperimentalno preveriti z različno stopnjo natančnosti), da inercialni sistemi dejansko obstajajo. Ta zakon mehanike postavlja inercialne referenčne okvire v poseben, privilegiran položaj.

referenčni sistemi, v katerem je izpolnjen prvi Newtonov zakon, se imenujejo inercialni.

Inercialni referenčni okvirji- to so sistemi, glede na katere materialna točka ob odsotnosti zunanjih vplivov nanjo ali njihove medsebojne kompenzacije miruje ali se giblje enakomerno in pravokotno.

Obstaja neskončno število inercialnih sistemov. Referenčni okvir, povezan z vlakom, ki se giblje s konstantno hitrostjo vzdolž ravnega odseka tira, je tudi inercialni okvir (približno), kot je okvir, povezan z Zemljo. Vsi inercialni referenčni okvirji tvorijo razred okvirjev, ki se gibljejo drug glede na drugega enakomerno in pravokotno. Pospeški katerega koli telesa v različnih inercialnih okvirih so enaki.

Kako ugotoviti, da je dani referenčni okvir inercialni? To je mogoče storiti le z izkušnjami. Opazovanja kažejo, da lahko z zelo visoko stopnjo natančnosti heliocentrični okvir obravnavamo kot inercialni referenčni okvir, v katerem je izvor koordinat povezan s Soncem, osi pa so usmerjene na določene "nepremične" zvezde. Referenčni okvirji, ki so togo povezani s površino Zemlje, strogo gledano niso inercialni, saj se Zemlja giblje po orbiti okoli Sonca in se hkrati vrti okoli svoje osi. Pri opisovanju gibanj, ki nimajo globalnega (tj. svetovnega) merila, lahko referenčne sisteme, povezane z Zemljo, z zadostno natančnostjo štejemo za inercijske.

Inercialni referenčni okvirji so tisti, ki se gibljejo enakomerno in premočrtno glede na kateri koli inercialni referenčni okvir..

Galileo je to ugotovil nobenih mehanskih poskusov, postavljenih znotraj inercialnega referenčnega okvira, je nemogoče ugotoviti, ali ta okvir miruje ali se premika enakomerno in premočrtno. Ta izjava se imenuje Galilejevo načelo relativnosti oz mehansko načelo relativnosti.

To načelo je pozneje razvil A. Einstein in je eden od postulatov posebne teorije relativnosti. Inercialni referenčni okvirji imajo v fiziki izjemno pomembno vlogo, saj ima po Einsteinovem načelu relativnosti matematični izraz katerega koli zakona fizike enako obliko v vsakem inercialnem referenčnem sistemu. V prihodnosti bomo uporabljali samo inercialne sisteme (brez tega vsakič omenjamo).

Imenujejo se referenčni okviri, v katerih prvi Newtonov zakon ne velja neinercialni in.

Takšni sistemi vključujejo kateri koli referenčni okvir, ki se premika s pospeškom glede na inercialni referenčni okvir.

V Newtonovi mehaniki so zakoni medsebojnega delovanja teles formulirani za razred inercialnih referenčnih okvirov.

Primer mehanskega poskusa, v katerem se kaže neinercialnost sistema, povezanega z Zemljo, je vedenje Foucaultovo nihalo. To je ime masivne krogle, ki je obešena na dovolj dolgi niti in ustvarja majhna nihanja okoli ravnotežnega položaja. Če bi bil sistem, povezan z Zemljo, inercialni, bi ravnina nihanja Foucaultovega nihala ostala nespremenjena glede na Zemljo. Pravzaprav se ravnina nihanja nihala vrti zaradi vrtenja Zemlje, projekcija poti nihala na zemeljsko površino pa izgleda kot rozeta (slika 1). riž. 2

Literatura

Open Physics 2.5 (http://college.ru/physics/)
Fizika: Mehanika. 10. razred: Proc. za poglobljen študij fizike / M.M. Balashov, A.I. Gomonova, A.B. Dolitsky in drugi; Ed. G.Ya. Myakishev. – M.: Droha, 2002. – 496 str.

Newtonov prvi zakon je formuliran na naslednji način: telo, ki ni podvrženo zunanjim vplivom, bodisi miruje ali pa se giblje ravno in enakomerno. Takšno telo se imenuje prost, in njegovo gibanje - prosto gibanje ali gibanje po inerciji. Lastnost telesa, da vzdržuje stanje mirovanja ali enakomerno pravokotno gibanje, če nanj ni vpliva drugih teles, se imenuje vztrajnost. Zato se prvi Newtonov zakon imenuje vztrajnostni zakon. Prosta telesa, strogo povedano, ne obstajajo. Vendar je naravno domnevati, da dlje kot je delec od drugih materialnih predmetov, manj vpliva nanj. Ko si zamislimo, da se ti vplivi zmanjšajo, pridemo do meje ideje o svobodnem telesu in prostem gibanju.

Predpostavke o naravi gibanja prostega delca je nemogoče eksperimentalno preveriti, saj je nemogoče popolnoma zanesljivo ugotoviti dejstvo odsotnosti interakcije. To situacijo je mogoče le z določeno stopnjo natančnosti simulirati z uporabo eksperimentalnega dejstva o zmanjšanju interakcije med oddaljenimi telesi. Posplošitev številnih eksperimentalnih dejstev, pa tudi sovpadanje posledic, ki izhajajo iz zakona, z eksperimentalnimi podatki dokazujejo njegovo veljavnost. Pri gibanju telo ohranja svojo hitrost dlje, čim šibkejša druga telesa delujejo nanj; na primer kamen, ki drsi po površini, se giblje dlje, bolj gladka je ta površina, torej manj vpliva ta površina nanjo.

Mehansko gibanje je relativno, njegova narava pa je odvisna od referenčnega okvira. V kinematiki izbira referenčnega sistema ni bila bistvena. V dinamiki ni tako. Če se v katerem koli referenčnem sistemu telo giblje premočrtno in enakomerno, potem v referenčnem sistemu, ki se giblje glede na prvega pospešeno, to ne bo več tako. Iz tega sledi, da zakon vztrajnosti ne more veljati v vseh referenčnih okvirih. Klasična mehanika predpostavlja, da obstaja referenčni okvir, v katerem se vsa prosta telesa gibljejo v ravni črti in enakomerno. Takšen referenčni okvir imenujemo inercialni referenčni okvir (ISR). Vsebina zakona vztrajnosti je v bistvu reducirana na trditev, da obstajajo takšni referenčni okviri, v katerih se telo, ki ni izpostavljeno zunanjim vplivom, giblje enakomerno in pravolinijsko ali miruje.

Kateri referenčni okviri so inercialni in kateri neinercialni, je mogoče ugotoviti le z izkušnjami. Recimo, da govorimo o gibanju zvezd in drugih astronomskih objektov v delu Vesolja, ki je dostopen našemu opazovanju. Izberimo referenčni okvir, v katerem se Zemlja šteje za negibno (takšen okvir bomo imenovali zemeljski okvir). Bo inercialno?

Kot prosto telo lahko izberete zvezdo. Dejansko je vsaka zvezda zaradi svoje ogromne oddaljenosti od drugih nebesnih teles praktično prosto telo. Vendar pa se v zemeljskem referenčnem sistemu zvezde dnevno vrtijo na svodu in se posledično premikajo s pospeškom, usmerjenim proti središču Zemlje. Tako se gibanje prostega telesa (zvezde) v zemeljskem referenčnem sistemu izvaja v krogu in ne v ravni črti. Ne upošteva zakona vztrajnosti, zato zemeljski referenčni okvir ne bo vztrajen.

Zato je za rešitev problema potrebno preveriti vztrajnost drugih referenčnih okvirov. Za referenčno telo izberimo Sonce. Takšen referenčni okvir se imenuje heliocentrični referenčni okvir ali Kopernikov okvir. Koordinatne osi z njim povezanega koordinatnega sistema so ravne črte, usmerjene na tri oddaljene zvezde, ki ne ležijo v isti ravnini (slika 2.1).

Tako je pri preučevanju gibanj, ki se pojavljajo na lestvici našega planetarnega sistema, pa tudi katerega koli drugega sistema, katerega dimenzije so majhne v primerjavi z razdaljo do tistih treh zvezd, ki so izbrane kot referenca v kopernikovem sistemu, kopernikov sistem praktično inercialni referenčni okvir.

Primer

Neinercialnost zemeljskega referenčnega sistema je razložena z dejstvom, da se Zemlja vrti okoli svoje osi in okoli Sonca, torej se giblje pospešeno glede na Kopernikov sistem. Ker se obe rotaciji odvijata počasi, se zemeljski sistem obnaša praktično kot inercialni sistem v odnosu do velikega spektra pojavov. Zato se lahko vzpostavitev osnovnih zakonov dinamike začne s preučevanjem gibanja teles glede na Zemljo, pri čemer abstrahiramo od njenega vrtenja, torej vzamemo Zemljo za približno ISO.

SILA. TELESNA MASA

Kot kažejo izkušnje, se vsaka sprememba hitrosti telesa pojavi pod vplivom drugih teles. V mehaniki se proces spreminjanja narave gibanja pod vplivom drugih teles imenuje interakcija teles. Za količinsko opredelitev intenzivnosti te interakcije je Newton uvedel koncept sile. Sile lahko povzročijo ne le spremembo hitrosti materialnih teles, temveč tudi njihovo deformacijo. Zato je mogoče pojmu sile dati naslednjo definicijo: sila je kvantitativna mera interakcije vsaj dveh teles, zaradi katere se telo pospeši ali spremeni obliko ali oboje.

Primer deformacije telesa pod delovanjem sile je stisnjena ali raztegnjena vzmet. Kot merilo sile ga je enostavno uporabiti: za enoto sile se vzame elastična sila, ki deluje v vzmeti, raztegnjeni ali stisnjeni do določene mere. S takšnim standardom lahko primerjamo sile in preučimo njihove lastnosti. Sile imajo naslednje lastnosti.

ü Sila je vektorska količina in jo označujejo smer, modul (številčna vrednost) in točka uporabe. Sile, ki delujejo na eno telo, se seštejejo po pravilu paralelograma.

ü Sila je vzrok za pospešek. Smer vektorja pospeška je vzporedna z vektorjem sile.

ü Moč ima materialni izvor. Brez materialnih teles - brez sil.

Delovanje sile ni odvisno od tega, ali telo miruje ali se premika.

ü Ob hkratnem delovanju več sil telo prejme takšen pospešek, ki bi ga dobilo pod delovanjem rezultantne sile.

Zadnja izjava je vsebina načela superpozicije sil. Načelo superpozicije temelji na ideji neodvisnosti delovanja sil: vsaka sila daje enak pospešek obravnavanemu telesu, ne glede na to, ali samo jaz th vir sil ali vse vire hkrati. To je mogoče oblikovati drugače. Sila, s katero en delec deluje na drugega, je odvisna od polmernih vektorjev in hitrosti le teh dveh delcev. Prisotnost drugih delcev na to silo ne vpliva. Ta lastnost se imenuje zakon o neodvisnosti delovanje sil ali zakon medsebojnega delovanja parov. Področje uporabe tega zakona zajema vso klasično mehaniko.

Po drugi strani pa je za reševanje številnih problemov morda treba najti več sil, ki bi lahko s skupnim delovanjem nadomestile eno dano silo. Ta operacija se imenuje razgradnja dane sile na komponente.

Iz izkušenj je znano, da pri enakih interakcijah različna telesa neenakomerno spreminjajo svojo hitrost gibanja. Narava spremembe hitrosti gibanja ni odvisna le od velikosti sile in časa njenega delovanja, temveč tudi od lastnosti samega telesa. Kot kažejo izkušnje, je za dano telo razmerje vsake sile, ki deluje nanj, in pospeška, ki ga daje ta sila, konstantna vrednost . To razmerje je odvisno od lastnosti pospešenega telesa in se imenuje inercialna masa telo. Tako je masa telesa opredeljena kot razmerje sile, ki deluje na telo, in pospeška, ki ga sporoča ta sila. Večja kot je masa, večja je sila potrebna, da se telesu prenese določen pospešek. Telo se tako rekoč upira poskusu spremembe svoje hitrosti.

Lastnost teles, ki se izraža v sposobnosti ohranjanja svojega stanja v času (hitrost gibanja, smer gibanja ali stanje mirovanja), se imenuje vztrajnost. Merilo za vztrajnost telesa je njegova vztrajnostna masa.Ob enakem udarcu okoliških teles lahko eno telo hitro spremeni svojo hitrost, drugo pa pod enakimi pogoji veliko počasneje (slika 2.2). Običajno je reči, da ima drugo od teh dveh teles večjo vztrajnost ali, z drugimi besedami, drugo telo ima večjo maso. V mednarodnem sistemu enot (SI) se telesna teža meri v kilogramih (kg). Koncepta mase ni mogoče zreducirati na enostavnejše pojme. Večja kot je masa telesa, manjši pospešek bo pridobilo pod delovanjem iste sile. Večja kot je sila, večji je pospešek in posledično večja kot je končna hitrost, se bo telo premikalo.

Enota za silo v sistemu enot SI je N (njuton). En N (njuton) je številčno enak sili, ki sporoča masno telo m = 1 kg pospešek .

Komentar.

Razmerje velja le pri dovolj nizkih hitrostih. Ko se hitrost povečuje, se to razmerje spreminja in narašča s hitrostjo.

NEWTONOV DRUGI ZAKON

Iz izkušenj izhaja, da je v inercialnih referenčnih okvirih pospešek telesa sorazmeren z vektorsko vsoto vseh sil, ki delujejo nanj, in obratno sorazmeren z maso telesa:

Newtonov drugi zakon izraža razmerje med rezultanto vseh sil in pospeškom, ki ga povzroči:

Tukaj je sprememba zagona materialne točke skozi čas. Nastavimo časovni interval na nič:

potem dobimo

	Med ekstremnimi vrstami zabave posebno mesto zavzemajo bungee jumping ali bungee jumping. V mestu Jeffrey Bay je največji od registriranih "bungee" - 221 m. Uvrščen je celo v Guinnessovo knjigo rekordov. Dolžina vrvi je izračunana tako, da se oseba, ki skače navzdol, ustavi na samem robu vode ali se je le dotakne. Osebo, ki skače, drži elastična sila deformirane vrvi. Običajno je kabel niz gumijastih pramenov, prepletenih skupaj. Tako pri padcu pletenica vzmetne, kar preprečuje, da bi se skakalcu odlepile noge in skoku dodajajo dodatne občutke. V skladu z drugim Newtonovim zakonom povečanje časa interakcije med skakalcem in vrvjo vodi v oslabitev sile, ki deluje iz vrvi na osebo.
	Za sprejem žoge, ki leti z veliko hitrostjo pri igranju odbojke, je potrebno premikati roke v smeri žoge. To poveča čas interakcije z žogo, zato se v skladu z drugim Newtonovim zakonom zmanjša velikost sile, ki deluje na roke.

Newtonov drugi zakon, predstavljen v tej obliki, vsebuje novo fizikalno količino - zagon. Pri hitrostih, ki so blizu hitrosti svetlobe v vakuumu, postane zagon glavna količina, merjena v poskusih. Zato je enačba (2.2) posplošitev enačbe gibanja za relativistične hitrosti.

Kot je razvidno iz enačbe (2.2), če je , potem konstantna vrednost, sledi, da je konstantna, torej sta zagon in s tem hitrost prosto gibljive materialne točke konstantna. Tako je formalno Newtonov prvi zakon posledica drugega zakona. Zakaj se potemtakem izpostavlja kot samostojen zakon? Dejstvo je, da je enačba, ki izraža drugi Newtonov zakon, smiselna le, če je naveden referenčni okvir, v katerem velja. To je prvi Newtonov zakon, ki nam omogoča, da izpostavimo takšen referenčni okvir. Trdi, da obstaja referenčni okvir, v katerem se prosta materialna točka premika brez pospeška. V takem referenčnem okviru je gibanje katere koli materialne točke podrejeno Newtonovi enačbi gibanja. Tako v bistvu prvega zakona ni mogoče šteti za preprosto logično posledico drugega. Povezava med temi zakoni je globlja.

Iz enačbe (2.2) sledi, da je neskončno majhna sprememba zagona v neskončno majhnem časovnem obdobju enaka produktu, ki se imenuje impulz sile. Večji kot je zagon sile, večja je sprememba zagona.

VRSTE SILE

Vsa raznolikost interakcij, ki obstajajo v naravi, je zmanjšana na štiri vrste: gravitacijske, elektromagnetne, močne in šibke. Močne in šibke interakcije so pomembne na tako majhnih razdaljah, da Newtonovi zakoni mehanike niso več uporabni. Vse makroskopske pojave v svetu okoli nas določajo gravitacijske in elektromagnetne interakcije. Samo za te vrste interakcij je mogoče uporabiti pojem sile v smislu Newtonove mehanike. Gravitacijske sile so najpomembnejše pri interakciji velikih množic. Manifestacije elektromagnetnih sil so izjemno raznolike. Dobro znane sile trenja, elastične sile so elektromagnetne narave. Ker drugi Newtonov zakon določa pospešek telesa ne glede na naravo sil, ki dajejo pospešek, bomo v prihodnosti uporabljali tako imenovani fenomenološki pristop: na podlagi izkušenj bomo vzpostavili kvantitativne vzorce za te sile.

elastične sile. Prožne sile nastanejo v telesu, na katerega vplivajo druga telesa ali polja in so povezane z deformacijo telesa. Deformacije so posebna vrsta gibanja, in sicer gibanje delov telesa med seboj pod delovanjem zunanje sile. Ko je telo deformirano, se njegova oblika in prostornina spremenita. Pri trdnih snoveh ločimo dva mejna primera deformacije: elastični in plastični. Deformacija se imenuje elastična, če popolnoma izgine po prenehanju delovanja deformacijskih sil. Pri plastičnih (neelastičnih) deformacijah telesa po odstranitvi obremenitve delno ohranijo spremenjeno obliko.

Elastične deformacije teles so raznolike. Pod delovanjem zunanje sile se lahko telesa raztezajo in krčijo, upogibajo, zvijajo itd. Temu premikanju nasprotujejo sile interakcije med delci trdnega telesa, ki te delce držijo na določeni razdalji drug od drugega. Zato pri kateri koli vrsti elastične deformacije v telesu nastanejo notranje sile, ki preprečujejo njegovo deformacijo. Sile, ki nastanejo v telesu med njegovo elastično deformacijo in so usmerjene proti smeri premika delcev telesa zaradi deformacije, imenujemo elastične sile. Elastične sile delujejo na katerem koli delu deformiranega telesa, pa tudi na mestu njegovega stika s telesom, ki povzroča deformacijo.

Izkušnje kažejo, da je pri majhnih elastičnih deformacijah velikost deformacije sorazmerna s silo, ki jo povzroča (slika 2.3). Ta izjava se imenuje zakon Hooke.

Robert Hooke, 1635-1702

angleški fizik. Rojen v Freshwater na otoku Wight v družini duhovnika, je diplomiral na univerzi Oxford. Med študijem na univerzi je delal kot asistent v laboratoriju Roberta Boyla in mu pomagal zgraditi vakuumsko črpalko za instalacijo, na kateri je bil odkrit Boyle-Mariotteov zakon. Kot sodobnik Isaaca Newtona je z njim aktivno sodeloval pri delu Kraljeve družbe in leta 1677 tam prevzel mesto znanstvenega sekretarja. Tako kot mnogi drugi znanstveniki tistega časa se je Robert Hooke zanimal za najrazličnejša področja naravoslovnih znanosti in prispeval k razvoju mnogih od njih. V svoji monografiji "Mikrografija" je objavil številne skice mikroskopske strukture živih tkiv in drugih bioloških vzorcev ter prvič predstavil sodoben koncept "žive celice". V geologiji je prvi spoznal pomen geoloških plasti in se prvi v zgodovini ukvarjal z znanstvenim preučevanjem naravnih nesreč. Bil je eden prvih, ki je postavil hipotezo, da se sila gravitacijske privlačnosti med telesi zmanjšuje sorazmerno s kvadratom razdalje med njima, in dva rojaka in sodobnika, Hooke in Newton, sta se do konca življenja prepirala med seboj. pravico, da se imenuje odkritelj zakona univerzalne gravitacije. Hooke je razvil in osebno izdelal številne pomembne znanstvene in merilne instrumente. Predvsem je bil prvi, ki je predlagal, da se v okular mikroskopa postavi križec dveh tankih niti, prvi je predlagal, da se ledišče vode na temperaturni lestvici vzame nič, izumil pa je tudi kardanski zglob ( kardanski zglob).

Matematični izraz Hookeovega zakona za deformacijo enostranske napetosti (stiskanja) je:

kjer je elastična sila; - sprememba dolžine (deformacija) telesa; - koeficient sorazmernosti, ki je odvisen od velikosti in materiala telesa, imenovan togost. Enota togosti SI je newton na meter (N/m). V primeru enostranske napetosti ali stiskanja je sila elastičnosti usmerjena vzdolž premice, vzdolž katere deluje zunanja sila, zaradi česar se telo deformira, nasprotno smeri te sile in pravokotno na površino telesa. Sila elastičnosti je vedno usmerjena proti ravnotežnemu položaju. Sila elastičnosti, ki deluje na telo s strani nosilca ali vzmetenja, imenujemo reakcijska sila nosilca ali natezna sila vzmetenja.

Ob . V tem primeru . Posledično je Youngov modul številčno enak takšni normalni napetosti, ki bi morala nastati v telesu, ko se njegova dolžina podvoji (če bi bil za tako veliko deformacijo izpolnjen Hookeov zakon). Iz (2.3) je razvidno tudi, da se v enotah SI Youngov modul meri v paskalih (). Za različne materiale se Youngov modul zelo razlikuje. Za jeklo, na primer, in za gumo, približno, torej pet vrstnih redov manj.

Seveda Hookeov zakon, tudi v obliki, ki jo je izboljšal Jung, ne opisuje vsega, kar se zgodi s trdno snovjo pod vplivom zunanjih sil. Predstavljajte si gumico. Če ga ne raztegnete preveč, bo s strani gumijastega traku nastala obnovitvena sila elastične napetosti in takoj, ko jo sprostite, se bo takoj zbral in vrnil v prejšnjo obliko. Če gumijasti trak dodatno raztegnete, bo slej ko prej izgubil elastičnost in začutili boste, da se je sila odpornosti proti raztezanju zmanjšala. Torej ste prestopili tako imenovano mejo elastičnosti materiala. Če gumo povlečete še naprej, se bo čez nekaj časa popolnoma zlomila in upor bo popolnoma izginil. To pomeni, da je bila tako imenovana prelomna točka presežena. Z drugimi besedami, Hookeov zakon velja le za relativno majhne kompresije ali napetosti.

Predstavljamo vam video lekcijo, posvečeno temi "Inercialni referenčni okvirji. Newtonov prvi zakon, ki je vključen v šolski tečaj fizike za 9. razred. Na začetku ure vas bo učitelj spomnil na pomen izbranega referenčnega okvira. Nato bo spregovoril o pravilnosti in značilnostih izbranega referenčnega sistema ter razložil tudi izraz "vztrajnost".

V prejšnji lekciji smo govorili o pomenu izbire referenčnega okvira. Spomnimo se, da bodo pot, prevožena razdalja in hitrost odvisni od tega, kako bomo izbrali CO. Z izbiro referenčnega sistema so povezane številne druge značilnosti, o katerih bomo govorili.

riž. 1. Odvisnost trajektorije padanja bremena od izbire referenčnega sistema

V sedmem razredu ste preučevali pojma »vztrajnost« in »inercija«.

Inercija - Tole pojav, pri katerem telo teži k ohranjanju prvotnega stanja. Če se je telo premikalo, bi si moralo prizadevati ohraniti hitrost tega gibanja. In če miruje, si bo prizadeval ohraniti stanje mirovanja.

vztrajnost - Tole lastnine telo za vzdrževanje stanja gibanja. Za lastnost vztrajnosti je značilna taka količina, kot je masa. Utež – merilo vztrajnosti telesa. Težje kot je telo, težje se je premikati ali, nasprotno, ustaviti.

Upoštevajte, da so ti koncepti neposredno povezani s konceptom " inercialni referenčni okvir» (ISO), o čemer bo govora v nadaljevanju.

Upoštevajte gibanje telesa (ali stanje mirovanja), če na telo ne deluje nobeno drugo telo. Sklep o tem, kako se bo telo obnašalo v odsotnosti delovanja drugih teles, je prvi predlagal Rene Descartes (slika 2) in nadaljeval v Galilejevih poskusih (slika 3).

riž. 2. Rene Descartes

riž. 3. Galileo Galilei

Če se telo premika in nanj ne deluje nobeno drugo telo, se bo gibanje ohranilo, ostalo bo pravolinijsko in enakomerno. Če druga telesa ne delujejo na telo in telo miruje, se bo stanje mirovanja ohranilo. Znano pa je, da je stanje mirovanja povezano z referenčnim okvirom: v enem FR telo miruje, v drugem pa se giblje precej uspešno in hitro. Rezultati poskusov in sklepanja pripeljejo do zaključka, da se telo v vseh referenčnih okvirih ne bo gibalo v ravni črti in enakomerno ali mirovalo, če nanj ne delujejo druga telesa.

Posledično je za rešitev glavnega problema mehanike pomembno izbrati tak sistem poročanja, kjer je zakon vztrajnosti vendarle izpolnjen, kjer je jasen razlog, ki je povzročil spremembo gibanja telesa. Če se telo giblje v ravni črti in enakomerno brez delovanja drugih teles, bo takšen referenčni okvir za nas boljši in se bo imenoval inercialni referenčni okvir(ISO).

Aristotelov pogled na vzrok gibanja

Inercialni referenčni okvir je priročen model za opis gibanja telesa in razlogov, ki povzročajo takšno gibanje. Prvič se je ta koncept pojavil po zaslugi Isaaca Newtona (slika 5).

riž. 5. Isaac Newton (1643-1727)

Stari Grki so si gibanje predstavljali povsem drugače. Seznanili se bomo z aristotelovskim pogledom na gibanje (slika 6).

riž. 6. Aristotel

Po Aristotelu obstaja samo en inercialni referenčni okvir - referenčni okvir, povezan z Zemljo. Vsi drugi referenčni sistemi so po Aristotelu sekundarni. V skladu s tem lahko vsa gibanja razdelimo na dve vrsti: 1) naravna, torej tista, o katerih poroča Zemlja; 2) prisilno, torej vse ostalo.

Najenostavnejši primer naravnega gibanja je prosti padec telesa na Zemljo, saj Zemlja v tem primeru telesu daje hitrost.

Razmislite o primeru prisilnega gibanja. To je situacija, ko konj vleče voz. Dokler konj deluje s silo, se voziček premika (slika 7). Takoj ko se je konj ustavil, se je ustavil tudi voz. Brez moči, brez hitrosti. Po Aristotelu je sila tista, ki pojasnjuje prisotnost hitrosti v telesu.

riž. 7. Prisilno gibanje

Do zdaj nekateri navadni ljudje menijo, da je Aristotelovo stališče pošteno. Na primer, polkovnik Friedrich Kraus von Zillergut iz Dogodivščin dobrega vojaka Schweika med svetovno vojno je poskušal ponazoriti načelo "Brez moči - brez hitrosti": "Ko je prišel ves bencin," je dejal polkovnik, "avto je bil prisiljen ustaviti. To sem videl včeraj. In potem se še vedno pogovarjajo o vztrajnosti, gospodje. Ne gre, stoji, ne premakne se z mesta. Brez bencina! No, ali ni smešno?

Kot v sodobnem šovbiznisu, kjer so oboževalci, bodo vedno kritiki. Svoje kritike je imel tudi Aristotel. Predlagali so mu, da naredi naslednji poskus: izpusti telo in padlo bo točno pod mesto, kamor smo ga izpustili. Navedimo primer kritike Aristotelove teorije, podobno kot primeri njegovih sodobnikov. Predstavljajte si, da leteče letalo vrže bombo (slika 8). Bo bomba padla točno pod mesto, kjer smo jo izpustili?

riž. 8. Ilustracija na primer

Seveda ne. Toda navsezadnje je to naravno gibanje – gibanje, o katerem je poročala Zemlja. Zakaj se potem ta bomba premika naprej in dlje? Aristotel je odgovoril takole: dejstvo je, da je naravno gibanje, o katerem poroča Zemlja, padec naravnost navzdol. Toda ko se premika v zraku, bombo odnesejo njene turbulence in te turbulence tako rekoč potisnejo bombo naprej.

Kaj se bo zgodilo, če odstranimo zrak in ustvarimo vakuum? Konec koncev, če ni zraka, bi morala bomba po Aristotelu pasti strogo pod mesto, kamor je bila vržena. Aristotel je trdil, da če ni zraka, potem je taka situacija možna, v resnici pa v naravi ni praznine, ni vakuuma. In če ni vakuuma, ni problema.

In šele Galileo Galilei je načelo vztrajnosti oblikoval v obliki, ki smo je vajeni. Razlog za spremembo hitrosti je vpliv drugih teles na telo. Če druga telesa ne delujejo na telo ali je to delovanje kompenzirano, se hitrost telesa ne bo spremenila.

Glede inercialnega referenčnega okvira lahko sklepamo na naslednji način. Predstavljajte si situacijo, ko se avtomobil premika, nato voznik ugasne motor in nato se avto premika po vztrajnosti (slika 9). Toda to je napačna izjava iz preprostega razloga, da se bo avtomobil sčasoma ustavil zaradi sile trenja. Zato v tem primeru ne bo enotnega gibanja - eden od pogojev je odsoten.

riž. 9. Hitrost avtomobila se spreminja zaradi sile trenja

Razmislite o drugem primeru: velik, velik traktor se giblje s konstantno hitrostjo, medtem ko pred seboj vleče velik tovor z žlico. Takšno gibanje lahko štejemo za pravolinijsko in enakomerno, saj so v tem primeru vse sile, ki delujejo na telo, kompenzirane in se med seboj uravnotežijo (slika 10). Zato lahko referenčni okvir, povezan s tem telesom, štejemo za inercialnega.

riž. 10. Traktor se premika enakomerno in v ravni črti. Delovanje vseh teles je kompenzirano

Inercialnih referenčnih okvirov je lahko veliko. V resnici pa je takšen referenčni okvir še vedno idealiziran, saj ob natančnejšem pregledu takih referenčnih okvirov v polnem pomenu ni. ISO je nekakšna idealizacija, ki vam omogoča učinkovito simulacijo resničnih fizičnih procesov.

Za inercialne referenčne sisteme velja Galileova formula za seštevanje hitrosti. Upoštevajte tudi, da lahko vse referenčne okvire, o katerih smo govorili prej, v nekem približku štejemo za inercialne.

Isaac Newton je bil prvi, ki je oblikoval zakon, posvečen ISO. Newtonova zasluga je v tem, da je bil prvi, ki je znanstveno pokazal, da se hitrost premikajočega se telesa ne spreminja v trenutku, temveč kot posledica nekega delovanja skozi čas. To dejstvo je bilo osnova za nastanek zakona, ki ga imenujemo Newtonov prvi zakon.

Newtonov prvi zakon : obstajajo referenčni sistemi, v katerih se telo giblje ravno in enakomerno ali miruje, če na telo ne delujejo nobene sile ali so vse sile, ki delujejo na telo, izravnane. Takšni referenčni okvirji se imenujejo inercialni.

Na drug način včasih pravijo takole: inercialni referenčni okvir je okvir, v katerem so izpolnjeni Newtonovi zakoni.

Zakaj je Zemlja neinercialni CO. Foucaultovo nihalo

Pri velikem številu problemov je treba upoštevati gibanje telesa glede na Zemljo, Zemljo pa smatramo za inercialni referenčni okvir. Izkazalo se je, da ta izjava ni vedno resnična. Če upoštevamo gibanje Zemlje glede na njeno os ali glede na zvezde, potem to gibanje poteka z določenim pospeškom. SO, ki se giblje z določenim pospeškom, ne moremo šteti za inercialnega v polnem pomenu.

Zemlja se vrti okoli svoje osi, kar pomeni, da vse točke, ki ležijo na njeni površini, nenehno spreminjajo smer svoje hitrosti. Hitrost je vektorska količina. Če se njegova smer spremeni, se pojavi nekaj pospeška. Zato Zemlja ne more biti pravilen ISO. Če izračunamo ta pospešek za točke, ki se nahajajo na ekvatorju (točke, ki imajo največji pospešek glede na točke bližje polom), bo njegova vrednost . Indeks kaže, da je pospešek centripetalen. V primerjavi s pospeškom zaradi gravitacije lahko pospešek zanemarimo in Zemljo lahko štejemo za inercialni referenčni okvir.

Vendar pa med dolgotrajnimi opazovanji ne smemo pozabiti na vrtenje Zemlje. To je prepričljivo pokazal francoski znanstvenik Jean Bernard Leon Foucault (slika 11).

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

Foucaultovo nihalo(slika 12) - je ogromna utež, obešena na zelo dolgi niti.

riž. 12. Model Foucaultovega nihala

Če Foucaultovo nihalo vzamemo iz ravnotežja, bo opisovalo naslednjo pot, ki ni ravna črta (slika 13). Premik nihala je posledica vrtenja Zemlje.

riž. 13. Nihanja Foucaultovega nihala. Pogled od zgoraj.

Vrtenje Zemlje je posledica številnih zanimivih dejstev. Na primer, v rekah severne poloble je praviloma desni breg bolj strm, levi breg pa bolj položen. V rekah južne poloble - nasprotno. Vse to je posledica ravno vrtenja Zemlje in posledične Coriolisove sile.

O vprašanju formulacije Newtonovega prvega zakona

Newtonov prvi zakon: če na telo ne deluje nobeno telo ali je njihovo delovanje medsebojno uravnoteženo (kompenzirano), potem bo to telo v mirovanju oziroma se giblje enakomerno in pravolinijsko.

Razmislimo o situaciji, ki nam bo pokazala, da je treba takšno formulacijo Newtonovega prvega zakona popraviti. Predstavljajte si vlak z zavesami oken. V takem vlaku potnik po predmetih zunaj ne more ugotoviti, ali se vlak premika ali ne. Razmislimo o dveh referenčnih okvirih: FR, ki je povezan s potnikom Volodya, in FR, povezan z opazovalko na platformi Katya. Vlak začne pospeševati, njegova hitrost se povečuje. Kaj se bo zgodilo z jabolkom na mizi? Zavila se bo v nasprotni smeri. Za Katjo bo očitno, da se jabolko premika po inerciji, za Volodjo pa nerazumljivo. Ne vidi, da se je vlak začel premikati, in nenadoma se po njem začne kotaliti jabolko, ki leži na mizi. Kako je to lahko? Konec koncev mora po Newtonovem prvem zakonu jabolko ostati v mirovanju. Zato je treba izboljšati definicijo Newtonovega prvega zakona.

riž. 14. Primer ilustracije

Pravilna formulacija Newtonovega prvega zakona zveni takole: obstajajo referenčni sistemi, v katerih se telo giblje v ravni črti in enakomerno ali miruje, če na telo ne deluje nobena sila ali so vse sile, ki delujejo na telo, izravnane.

Volodja je v neinercialnem referenčnem okviru, Katja pa v inercialnem.

Večina sistemov, pravih referenčnih sistemov - neinercialnih. Razmislite o preprostem primeru: ko sedite na vlaku, na mizo položite telo (na primer jabolko). Ko se vlak začne premikati, bomo opazili tako radovedno sliko: jabolko se bo premaknilo, zakotalilo v nasprotni smeri od gibanja vlaka (slika 15). V tem primeru ne bomo mogli ugotoviti, katera telesa delujejo, naj se jabolko premika. V tem primeru pravimo, da je sistem neinercien. Iz situacije pa lahko izstopite z vstopom vztrajnostna sila.

riž. 15. Primer neinercialnega CO

Še en primer: ko se telo premika po zaokroženju ceste (slika 16), nastane sila, ki povzroči, da telo odstopi od premočrtne smeri gibanja. V tem primeru moramo upoštevati tudi neinercialni referenčni okvir, vendar se lahko tako kot v prejšnjem primeru iz situacije izvlečemo tudi z uvedbo t.i. vztrajnostne sile.

riž. 16. Vztrajnostne sile pri premikanju po zaobljeni poti

Zaključek

Obstaja neskončno število referenčnih sistemov, vendar je večina takih, ki jih ne moremo obravnavati kot inercialne referenčne sisteme. Inercialni referenčni okvir je idealiziran model. Mimogrede, tak referenčni sistem lahko vzamemo kot referenčni sistem, povezan z Zemljo ali nekaterimi oddaljenimi predmeti (na primer z zvezdami).

Bibliografija

Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizika: Učbenik za 9. razred gimnazije. - M.: Razsvetljenje.
Peryshkin A.V., Gutnik E.M. fizika. 9. razred: učbenik za splošno izobraževanje. ustanove / A. V. Peryshkin, E. M. Gutnik. - 14. izd., stereotip. - M.: Droha, 2009. - 300.
Sokolovič Yu.A., Bogdanova G.S. Fizika: Priročnik s primeri reševanja problemov. - 2. izdaja, redistribucija. - X .: Vesta: Založba "Ranok", 2005. - 464 str.

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

Domača naloga

Formulirajte definicije inercialnih in neinercialnih referenčnih okvirov. Navedite primere takšnih sistemov.
Prvi Newtonov zakon.
Pri ISO telo miruje. Ugotovite, kakšna je vrednost njegove hitrosti v IFR, ki se s hitrostjo giblje glede na prvi referenčni okvir v?

Enakovredna je naslednja formulacija, primerna za uporabo v teoretični mehaniki: "Imenujemo inercialni referenčni okvir, v zvezi s katerim je prostor homogen in izotropen, čas pa homogen". Newtonovi zakoni, kot tudi vsi drugi aksiomi dinamike v klasični mehaniki so formulirani v zvezi z inercialnimi referenčnimi sistemi.

Izraz "inercialni sistem" (nemško Inertialsystem) je bil predlagan leta 1885 Ludwig Lange?! in je pomenil koordinatni sistem, v katerem veljajo Newtonovi zakoni. Kot si ga je zamislil Lange, naj bi ta izraz nadomestil koncept absolutnega prostora, ki je bil v tem obdobju podvržen uničujočim kritikam. S prihodom teorije relativnosti je bil koncept posplošen na "inercialni referenčni okvir".

Enciklopedični YouTube

1 / 3

✪ Inercialni referenčni sistemi. Newtonov prvi zakon | Fizika 9. razred #10 | info lekcija

✪ Kaj so inercialni referenčni okviri Newtonov prvi zakon

✪ Inercialni in neinercialni referenčni okviri (1)

Podnapisi

Lastnosti inercialnih referenčnih okvirov

Vsak referenčni okvir, ki se premika enakomerno, pravolinijsko in brez vrtenja glede na IFR, je tudi IFR. Po načelu relativnosti so vsi IFR enaki in vsi zakoni fizike so invariantni glede na prehod iz enega IFR v drugega. To pomeni, da so manifestacije zakonov fizike v njih videti enake, zapisi teh zakonov pa imajo enako obliko v različnih ISO.

Predpostavka obstoja vsaj enega IFR v izotropnem prostoru vodi do zaključka, da obstaja neskončna množica takih sistemov, ki se gibljejo drug glede drugega enakomerno, pravolinijsko in translacijsko z vsemi možnimi hitrostmi. Če obstajajo IFR, bo prostor homogen in izotropen, čas pa bo homogen; po Noetherjevem izreku bo homogenost prostora glede na premike dala zakon o ohranitvi gibalne količine, izotropija bo vodila k ohranitvi gibalne količine, homogenost časa pa bo ohranila energijo gibajočega se telesa.

Če lahko hitrosti relativnega gibanja IFR, ki jih realizirajo realna telesa, prevzamejo poljubne vrednosti, se povezava med koordinatami in časovnimi trenutki katerega koli "dogodka" v različnih IFR izvede z Galilejevimi transformacijami.

Povezava z realnimi referenčnimi sistemi

Absolutno inercialni sistemi so matematična abstrakcija in v naravi ne obstajajo. Vendar pa obstajajo referenčni okviri, v katerih relativni pospešek teles, ki so dovolj oddaljena drug od drugega (merjen z Dopplerjevim učinkom), ne presega 10 −10 m/s², npr.