Inertial sanoq sistemalari qisqacha fizika. Inertial sanoq sistemalari: Nyutonning birinchi qonuni

Bir tekis va to'g'ri chiziqli (ya'ni, inersiya bo'yicha) harakatlanuvchi (yulduzlarga nisbatan) mos yozuvlar tizimi inertial deyiladi. Shubhasiz, bunday sanoq sistemalarining son-sanoqsiz soni bor, chunki qandaydir inertial sanoq sistemasiga nisbatan bir tekis va to‘g‘ri chiziqli harakatlanuvchi har qanday sistema ham inertialdir.Tezlanish bilan harakatlanuvchi (inertial sistemaga nisbatan) sanoq sistemalar inertial emas deyiladi.

Tajriba shuni ko'rsatadi

barcha inertial sanoq sistemalarida barcha mexanik jarayonlar aynan bir xil tarzda (bir xil sharoitda) boradi.

Nisbiylikning mexanik printsipi (yoki Galileyning nisbiylik printsipi) deb ataladigan bu pozitsiya 1636 yilda Galiley tomonidan ishlab chiqilgan. Galiley buni sokin dengizda tekis va to'g'ri chiziqli suzib yuruvchi kema kabinasida sodir bo'ladigan mexanik jarayonlar misolida tushuntirdi. Kabinada kuzatuvchi uchun mayatnikning tebranishi, jismlarning tushishi va boshqa mexanik jarayonlar xuddi statsionar kemada bo'lgani kabi sodir bo'ladi. Shuning uchun, bu jarayonlarni kuzatib, tezlikning kattaligini ham, kema harakatining haqiqatini ham aniqlash mumkin emas. Har qanday mos yozuvlar tizimiga (masalan, okean yuzasiga) nisbatan kema harakatini hukm qilish uchun ushbu tizimni ham kuzatish kerak (suv ustida yotgan jismlarning qanday uzoqlashishini ko'rish va hokazo).

XX asr boshlariga kelib. barcha inertial sanoq sistemalarida nafaqat mexanik, balki issiqlik, elektr, optik va boshqa barcha tabiat jarayonlari va hodisalari aynan bir xilda borishi ma’lum bo‘ldi. Shu asosda Eynshteyn 1905 yilda nisbiylikning umumlashtirilgan printsipini shakllantirdi, keyinchalik Eynshteynning nisbiylik printsipi deb ataladi:

barcha inertial sanoq sistemalarida barcha fizik jarayonlar aynan bir xilda (bir xil sharoitda) boradi.

Bu tamoyil vakuumdagi yorug'lik tezligi yorug'lik manbasining harakatiga bog'liq emasligi haqidagi taklif bilan bir qatorda (20-bandga qarang) Eynshteyn tomonidan ishlab chiqilgan maxsus nisbiylik nazariyasining asosini tashkil etdi.

Nyuton qonunlari va biz ko'rib chiqayotgan dinamikaning boshqa qonunlari faqat inertial sanoq sistemalarida bajariladi. Noinertial sanoq sistemalarida bu qonunlar, umuman olganda, endi o'z kuchini yo'qotadi. Oxirgi gapni aniqlashtirish uchun oddiy misolni ko'rib chiqing.

Mukammal silliq platformada bir tekis va to'g'ri chiziqli harakatlanuvchi, xuddi shu platformada kuzatuvchi bo'lgan massa to'pi yotadi. Yana bir kuzatuvchi Yerda platforma o‘tmoqchi bo‘lgan joydan uncha uzoq bo‘lmagan joyda turibdi. Ko'rinib turibdiki, ikkala kuzatuvchi ham inertial sanoq sistemalari bilan bog'langan.

Keling, Yer bilan bog'langan kuzatuvchining yonidan o'tish paytida platforma a tezlanishi bilan harakat qila boshlasin, ya'ni u noinertial sanoq sistemasiga aylanadi. Bunday holda, ilgari platformaga nisbatan tinch holatda bo'lgan to'p yo'nalishi bo'yicha qarama-qarshi va kattaligi bo'yicha platforma tomonidan olingan tezlanishga teng bo'lgan a tezlanishi bilan (unga nisbatan) harakatlana boshlaydi. Keling, har bir kuzatuvchining nuqtai nazaridan to'pning xatti-harakati qanday ko'rinishini bilib olaylik.

Inertial mos yozuvlar tizimi - Yer bilan bog'langan kuzatuvchi uchun to'p inertsiya qonuniga to'liq mos ravishda bir tekis va to'g'ri chiziqli harakat qilishda davom etadi (chunki unga hech qanday kuchlar ta'sir qilmaydi, tortishish kuchidan tashqari, tayanchning reaktsiyasi bilan muvozanatlanadi).

Inertial bo'lmagan mos yozuvlar tizimi - platforma bilan bog'langan kuzatuvchi boshqacha rasmga ega: to'p harakat qila boshlaydi va tezlashadi - lekin kuch ta'sirisiz (chunki kuzatuvchi boshqa jismlarning to'piga ta'sirini sezmaydi) to'pga tezlanish beradi). Bu inersiya qonuniga aniq ziddir. Nyutonning ikkinchi qonuni ham qanoatlanmaydi: uni qo'llash orqali kuzatuvchi a (kuch) bu mumkin emasligini aniqlaydi, chunki na a ham nolga teng.

Biroq, agar alohida turdagi kuchlarni - inersiya kuchlarini hisobga oladigan bo'lsak, dinamika qonunlarini inertial bo'lmagan sanoq sistemalaridagi harakatlarni tavsiflashda qo'llash mumkin bo'ladi. Keyin, bizning misolimizda, platformaga ulangan kuzatuvchi to'pni inersiya kuchi ta'sirida harakatda deb taxmin qilishi mumkin.

Inersiya kuchining kiritilishi Nyutonning ikkinchi qonunini (va uning oqibatlarini) odatiy shaklda yozishga imkon beradi (7-§ ga qarang); faqat ta'sir etuvchi kuch ostida endi "oddiy" kuchlar va inersiya kuchlarining natijasini tushunish kerak.

jismning massasi qayerda va uning tezlanishi.

Biz inersiya kuchlarini "maxsus turdagi" deb atadik, birinchidan, ular faqat noinertial sanoq sistemalarida harakat qiladilar, ikkinchidan, ular uchun "oddiy" kuchlardan farqli o'laroq, boshqa qaysi jismlar ekanligini ko'rsatib bo'lmaydi. (ko'rib chiqilayotgan tanada), ular shartlangan. Shubhasiz, shu sababdan Nyutonning uchinchi qonunini (va uning oqibatlarini) inersiya kuchlariga nisbatan qo‘llash mumkin emas; bu inersiya kuchlarining uchinchi xususiyati.

Harakati (ko'rib chiqilayotgan jismga) inersiya kuchlari bilan bog'liq bo'lgan alohida jismlarni ko'rsatishning mumkin emasligi, albatta, bu kuchlarning paydo bo'lishi hech qanday materialning ta'siri bilan bog'liq emasligini anglatmaydi. jismlar. Inersiya kuchlari butun olam jismlarining (butun olam massasi) ta'siridan kelib chiqadi, deb taxmin qilish uchun jiddiy sabablar mavjud.

Gap shundaki, inersiya kuchlari va tortishish kuchlari o‘rtasida katta o‘xshashlik bor: ikkalasi ham ular harakat qilayotgan jismning massasiga mutanosibdir va shuning uchun bu kuchlarning har biri tomonidan tanaga berilgan tezlashuv bog‘liq emas. tananing massasi bo'yicha. Muayyan sharoitlarda bu kuchlarni umuman ajratib bo'lmaydi. Masalan, kosmik kema kosmosning biron bir joyida tezlashuv bilan (dvigatellarning ishlashi tufayli) harakatlansin. Undagi kosmonavt uni kosmik kemaning "poliga" (harakat yo'nalishiga nisbatan orqa devor) bosadigan kuchni boshdan kechiradi. Bu kuch aynan bir xil ta'sirni yaratadi va kosmonavtda tegishli tortishish kuchi keltirib chiqaradigan hissiyotlarni keltirib chiqaradi.

Agar kosmonavt o'z kemasi koinotga nisbatan tezlanish bilan harakatlanayotganiga ishonsa, u holda unga ta'sir qiluvchi kuchni inersiya kuchi deb ataydi. Biroq, agar kosmonavt o'z kemasini harakatsiz deb hisoblasa va Olam xuddi shu a tezlanishi bilan kema yonidan o'tib ketayotgan bo'lsa, u bu kuchni tortishish kuchi deb ataydi. Va ikkala nuqtai nazar mutlaqo teng bo'ladi. Kema ichida o'tkazilgan hech qanday tajriba bir nuqtai nazarning to'g'riligini va boshqa nuqtai nazarning noto'g'riligini isbotlay olmaydi.

Ko'rib chiqilgan va shunga o'xshash boshqa misollardan kelib chiqadiki, sanoq sistemasining tezlashtirilgan harakati (jismlarga ta'siri bo'yicha) mos keladigan tortishish kuchlarining paydo bo'lishiga ekvivalentdir. Bu pozitsiya tortishish va inersiya kuchlarining ekvivalentlik printsipi deb ataladi (Eynshteynning ekvivalentlik printsipi); bu tamoyil umumiy nisbiylik nazariyasining asosidir.

Inersiya kuchlari nafaqat to'g'ri chiziqli harakatda, balki aylanadigan noinersial sanoq sistemalarida ham paydo bo'ladi. Masalan, vertikal o'q atrofida aylana oladigan gorizontal platformada rezina shnur orqali aylanish markazi O bilan bog'langan massa tanasi mavjud bo'lsin (18-rasm). Agar platforma ō burchak tezligi bilan aylana boshlasa (demak, inertial bo'lmagan tizimga aylansa), u holda ishqalanish tufayli jism ham aylanishda ishtirok etadi. Biroq, cho'zuvchi shnurning ortib borayotgan elastik kuchi bu harakatni to'xtatmaguncha, u platformaning markazidan radial yo'nalishda harakat qiladi. Keyin tana O markazidan uzoqroqda aylana boshlaydi.

Platforma bilan bog'langan kuzatuvchi nuqtai nazaridan, to'pning unga nisbatan harakatlanishi qandaydir kuchga bog'liq.Bu inersiya kuchi, chunki u boshqa ma'lum jismlarning to'pga ta'siridan kelib chiqmaydi; u markazdan qochma inertsiya kuchi deb ataladi. Shubhasiz, markazdan qochma inertsiya kuchi kattaligi bo'yicha teng va yo'nalishi bo'yicha cho'zilgan shnurning elastik kuchiga qarama-qarshi bo'lib, u inertial ramkaga nisbatan aylanadigan jismga ta'sir qiluvchi markazga qo'yuvchi kuch rolini o'ynaydi (13-bandga qarang).

shuning uchun markazdan qochma inertsiya kuchi tananing aylanish o'qidan masofasiga proportsionaldir.

Biz markazdan qochma inertsiya kuchini § 13 oxirida eslatib o'tilgan "oddiy" markazdan qochma kuch bilan aralashtirib yubormaslik kerakligini ta'kidlaymiz. Bular turli xil ob'ektlarga qo'llaniladigan boshqa tabiat kuchlari: markazdan qochma inertsiya kuchi tanaga qo'llaniladi, va ulanishga markazdan qochma kuch qo'llaniladi.

Xulosa qilib shuni ta'kidlaymizki, tortishish va inersiya kuchlarining ekvivalentligi printsipi nuqtai nazaridan barcha markazdan qochma mexanizmlarning ishlashiga oddiy tushuntirish berilgan: nasoslar, separatorlar va boshqalar (13-bandga qarang).

Har qanday markazdan qochma mexanizmni aylanadigan inertial bo'lmagan tizim sifatida ko'rib chiqish mumkin, bu cheklangan hududda er usti tortishish maydonidan sezilarli darajada oshib ketadigan radial konfiguratsiyaning tortishish maydonining paydo bo'lishiga olib keladi. Bu sohada aylanuvchi muhitning zichroq zarrachalari yoki unga kuchsiz bog'langan zarrachalar uning periferiyasiga qarab harakatlanadi (go'yo ular "pastki" tomonga ketadi).

Mexanikaning birinchi qonuni yoki inersiya qonuni ( inertsiya- bu boshqa jismlarning unga ta'siri bo'lmaganda o'z tezligini saqlab qolish uchun jismlarning mulki ), tez-tez deyilganidek, Galiley tomonidan tashkil etilgan. Ammo Nyuton bu qonunning qat'iy formulasini berdi va uni mexanikaning asosiy qonunlari qatoriga kiritdi. Inersiya qonuni harakatning eng oddiy holatini - boshqa jismlar ta'sir qilmaydigan jismning harakatini anglatadi. Bunday jismlar erkin jismlar deyiladi.

Erkin jismlarning qanday harakatlanishi haqidagi savolga tajribaga murojaat qilmasdan javob berish mumkin emas. Biroq, hech narsa bilan o'zaro ta'sir qilmaydigan jism qanday harakat qilishini sof shaklda ko'rsatadigan yagona tajriba o'rnatish mumkin emas, chunki bunday jismlar yo'q. Qanday bo'lish kerak?

Faqat bitta yo'l bor. Tana uchun tashqi ta'sirlarning ta'sirini kichikroq va kichikroq qilish mumkin bo'lgan sharoitlarni yaratish va bu nimaga olib kelishini kuzatish kerak. Masalan, gorizontal yuzada silliq toshning harakatini unga ma'lum tezlik berilgandan keyin kuzatish mumkin. (Toshning yerga tortilishi uning tayangan sirtining ta'siri bilan muvozanatlanadi va uning tezligiga faqat ishqalanish ta'sir qiladi.) Ammo shuni topish osonki, sirt qanchalik silliq bo'lsa, toshning tezligi shunchalik sekin pasayadi. Silliq muzda tosh tezlikni sezilarli darajada o'zgartirmasdan juda uzoq vaqt siljiydi. Havo yostig'i - harakat sodir bo'ladigan qattiq sirt ustida tanani qo'llab-quvvatlaydigan havo oqimi yordamida ishqalanish minimal darajaga tushirilishi mumkin. Bu tamoyil suv transportida (hoverkraft) qo'llaniladi. Bunday kuzatishlarga asoslanib, xulosa qilishimiz mumkinki, agar sirt mukammal silliq bo'lsa, u holda havo qarshiligi bo'lmaganda (vakuumda) tosh o'z tezligini umuman o'zgartirmaydi. Birinchi marta Galiley shunday xulosaga kelgan.

Boshqa tomondan, tananing tezligi o'zgarganda, unga boshqa jismlarning ta'siri doimo aniqlanishini tushunish oson. Bundan shunday xulosa qilish mumkin boshqa jismlardan etarlicha uzoqda joylashgan va shu sababli ular bilan ta'sir o'tkazmaydigan jism doimiy tezlikda harakat qiladi.

Harakat nisbiydir, shuning uchun faqat boshqa jism bilan bog'langan sanoq tizimiga nisbatan tananing harakati haqida gapirish mantiqan. Darhol savol tug'iladi: erkin jism boshqa jismga nisbatan doimiy tezlikda harakat qiladimi? Javob, albatta, yo'q. Demak, agar Erga nisbatan erkin jism to'g'ri chiziq bo'ylab va bir xilda harakatlansa, aylanuvchi karuselga nisbatan tana albatta bu tarzda harakatlanmaydi.

Jismlarning harakatlarini kuzatish va bu harakatlarning tabiati haqida fikr yuritish bizni erkin jismlar hech bo'lmaganda ma'lum jismlarga va ular bilan bog'liq sanoq sistemalariga nisbatan doimiy tezlikda harakat qiladi degan xulosaga olib keladi. Masalan, Yerga nisbatan. Bu inersiya qonunining asosiy mazmunidir.

Shunung uchun Nyutonning birinchi qonuni quyidagicha shakllantirish mumkin:

shunday mos yozuvlar doiralari mavjud bo'lib, ularga nisbatan tana (moddiy nuqta) unga tashqi ta'sirlar bo'lmaganda (yoki ularning o'zaro kompensatsiyasi bilan) dam olish holatini yoki bir xil to'g'ri chiziqli harakatni saqlab qoladi.

Inertial sanoq sistemasi

Nyutonning birinchi qonuni inertial tizimlar haqiqatda mavjudligini tasdiqlaydi (buni turli darajadagi aniqlik bilan eksperimental tekshirish mumkin). Mexanikaning bu qonuni inertial sanoq sistemalarini maxsus, imtiyozli holatda joylashtiradi.

mos yozuvlar tizimlari Nyutonning birinchi qonuni bajariladigan , inertial deyiladi.

Inertial sanoq sistemalari- bu tizimlar bo'lib, ularga nisbatan moddiy nuqta, unga tashqi ta'sirlar yoki ularning o'zaro kompensatsiyasi bo'lmaganda, tinch holatda bo'ladi yoki bir tekis va to'g'ri chiziqli harakat qiladi.

Inertial tizimlarning cheksiz soni mavjud. Yo'lning to'g'ri uchastkasi bo'ylab doimiy tezlikda harakatlanadigan poezd bilan bog'liq bo'lgan mos yozuvlar ramkasi ham Yer bilan bog'langan ramka kabi inertial ramka (taxminan) hisoblanadi. Barcha inertial sanoq sistemalari bir-biriga nisbatan bir tekis va to‘g‘ri chiziqli harakatlanuvchi freymlar sinfini tashkil qiladi. Har xil inersiya sistemalarida har qanday jismning tezlanishlari bir xil.

Berilgan sanoq sistemasi inertial ekanligini qanday aniqlash mumkin? Buni faqat tajriba orqali amalga oshirish mumkin. Kuzatishlar shuni ko'rsatadiki, juda yuqori aniqlik bilan geliotsentrik ramkani koordinatalarning kelib chiqishi Quyosh bilan bog'langan va o'qlari ma'lum "qo'zg'almas" yulduzlarga yo'naltirilgan inertial sanoq sistemasi sifatida qaralishi mumkin. Yer yuzasi bilan qattiq bog'langan mos yozuvlar ramkalari, aniq aytganda, inertial emas, chunki Yer Quyosh atrofida orbitada harakat qiladi va bir vaqtning o'zida o'z o'qi atrofida aylanadi. Biroq, global (ya'ni butun dunyo bo'ylab) shkalaga ega bo'lmagan harakatlarni tavsiflashda, Yer bilan bog'liq bo'lgan mos yozuvlar tizimlarini etarli darajada aniqlik bilan inertial deb hisoblash mumkin.

Har qanday inersial sanoq sistemasiga nisbatan bir tekis va to‘g‘ri chiziqli harakatlanuvchi sanoq sistemalari inertial sanoq sistemalaridir..

Galiley buni aniqladi Inertial sanoq sistemasida mexanik tajribalar o‘tkazilmagan bo‘lsa, bu ramka tinch holatda yoki bir tekis va to‘g‘ri chiziqli harakatda ekanligini aniqlash mumkin emas.. Ushbu bayonot deyiladi Galileyning nisbiylik printsipi yoki nisbiylikning mexanik printsipi.

Bu tamoyil keyinchalik A. Eynshteyn tomonidan ishlab chiqilgan va maxsus nisbiylik nazariyasi postulatlaridan biridir. Inertial sanoq sistemalari fizikada juda muhim rol o'ynaydi, chunki Eynshteynning nisbiylik printsipiga ko'ra, har qanday fizika qonunining matematik ifodasi har bir inertial sanoq tizimida bir xil shaklga ega. Kelajakda biz faqat inertial tizimlardan foydalanamiz (har safar buni eslatib o'tmasdan).

Nyutonning birinchi qonuni amal qilmaydigan ma'lumot sistemalari deyiladi noinertial Va.

Bunday tizimlar inertial sanoq sistemasiga nisbatan tezlanish bilan harakatlanuvchi har qanday sanoq sistemasini o'z ichiga oladi.

Nyuton mexanikasida jismlarning oʻzaro taʼsir qonunlari inertial sanoq sistemalari sinfi uchun tuzilgan.

Yer bilan bog'liq bo'lgan tizimning noinertialligi namoyon bo'ladigan mexanik tajribaga misol - bu xatti-harakatlar. Fuko mayatnik. Bu etarlicha uzun ipga osilgan va muvozanat holatida kichik tebranishlarni amalga oshiradigan massiv to'pning nomi. Agar Yer bilan bog'langan sistema inertial bo'lsa, Fuko mayatnikining tebranish tekisligi Yerga nisbatan o'zgarmagan bo'lar edi. Darhaqiqat, mayatnikning aylanma tekisligi Yerning aylanishi tufayli aylanadi va mayatnik traektoriyasining Yer yuzasiga proyeksiyasi rozetkaga o'xshaydi (1-rasm). Guruch. 2

Adabiyot

Ochiq Fizika 2.5 (http://college.ru/physics/)
Fizika: Mexanika. 10-sinf: Proc. fizikani chuqur o'rganish uchun / M.M. Balashov, A.I. Gomonova, A.B. Dolitskiy va boshqalar; Ed. G.Ya. Myakishev. – M.: Bustard, 2002. – 496 b.

Nyutonning birinchi qonuni quyidagicha tuzilgan: tashqi ta'sirga duchor bo'lmagan jism yo dam oladi yoki to'g'ri chiziqda va bir tekisda harakat qiladi. Bunday tana deyiladi ozod, va uning harakati - erkin harakat yoki harakatsizlik bilan harakat. Jismning dam olish holatini yoki unga boshqa jismlarning ta'siri bo'lmaganda bir xil to'g'ri chiziqli harakatni saqlab turish xususiyati deyiladi. inertsiya. Shuning uchun Nyutonning birinchi qonuni inersiya qonuni deb ataladi. To'g'ri aytganda, erkin jismlar mavjud emas. Biroq, zarracha boshqa moddiy ob'ektlardan qanchalik uzoqda bo'lsa, unga ta'siri shunchalik kam bo'ladi, deb taxmin qilish tabiiydir. Ushbu ta'sirlar kamayib borayotganini tasavvur qilib, biz erkin tana va erkin harakat g'oyasining chegarasiga keldik.

Erkin zarracha harakatining tabiati haqidagi taxminni eksperimental ravishda tekshirish mumkin emas, chunki o'zaro ta'sirning yo'qligi faktini mutlaqo ishonchli aniqlash mumkin emas. Uzoq jismlar o'rtasidagi o'zaro ta'sirning pasayishi eksperimental faktidan foydalanib, bu vaziyatni faqat ma'lum darajada aniqlik bilan taqlid qilish mumkin. Bir qator eksperimental faktlarning umumlashtirilishi, shuningdek, qonundan kelib chiqadigan oqibatlarning eksperimental ma'lumotlar bilan mos kelishi uning asosliligini isbotlaydi. Harakatlanayotganda tana o'z tezligini qanchalik uzoqroq saqlasa, kuchsizroq boshqa jismlar unga ta'sir qiladi; masalan, sirt ustida sirpanayotgan tosh qanchalik uzoqroq harakat qilsa, bu sirt silliqroq bo'ladi, ya'ni bu sirt unga kamroq ta'sir qiladi.

Mexanik harakat nisbiydir va uning tabiati mos yozuvlar tizimiga bog'liq. Kinematikada mos yozuvlar tizimini tanlash muhim emas edi. Dinamikada bunday emas. Agar biron-bir sanoq tizimida jism to'g'ri chiziqli va bir xilda harakatlansa, birinchi tezlashtirilganga nisbatan harakatlanuvchi mos yozuvlar tizimida endi bunday bo'lmaydi. Bundan kelib chiqadiki, inersiya qonuni barcha sanoq sistemalarida amal qila olmaydi. Klassik mexanika barcha erkin jismlar to'g'ri chiziq bo'ylab va bir xilda harakatlanadigan sanoq sistemasi mavjudligini ta'kidlaydi. Bunday sanoq sistemasi inertial sanoq sistemasi (ISR) deb ataladi. Inertsiya qonunining mazmuni, mohiyatiga ko'ra, tashqi ta'sirlarga duchor bo'lmagan jism bir tekis va to'g'ri chiziqli harakatlanadigan yoki tinch holatda bo'lgan shunday sanoq sistemalari mavjudligi haqidagi bayonotga qisqartiriladi.

Qaysi sanoq sistemalari inertial, qaysi biri inertial emasligini faqat tajriba orqali aniqlash mumkin. Aytaylik, biz yulduzlar va boshqa astronomik ob'ektlarning koinotning bizning kuzatishimiz mumkin bo'lgan qismida harakatlanishi haqida gapiramiz. Keling, Yer harakatsiz deb hisoblangan mos yozuvlar tizimini tanlaylik (biz bunday ramkani yer ramkasi deb ataymiz). U inertial bo'ladimi?

Erkin tana sifatida yulduzni tanlashingiz mumkin. Darhaqiqat, har bir yulduz, boshqa samoviy jismlardan juda uzoqda joylashganligi sababli, amalda erkin jismdir. Biroq, erning mos yozuvlar tizimida yulduzlar osmonda har kuni aylanishlarni amalga oshiradilar va shuning uchun Yerning markaziga yo'naltirilgan tezlanish bilan harakatlanadilar. Shunday qilib, erkin jismning (yulduzning) erning mos yozuvlar tizimidagi harakati to'g'ri chiziqda emas, balki aylana bo'ylab amalga oshiriladi. U inersiya qonuniga bo‘ysunmaydi, shuning uchun yerning sanoq sistemasi inersiya bo‘lmaydi.

Shuning uchun, masalani hal qilish uchun boshqa sanoq sistemalarini inertsiyaga tekshirish kerak. Keling, mos yozuvlar tanasi sifatida Quyoshni tanlaylik. Bunday sanoq sistemasi geliotsentrik sanoq sistemasi yoki Kopernik tizimi deb ataladi. U bilan bog'langan koordinata tizimining koordinata o'qlari bir tekislikda yotmaydigan uchta uzoq yulduzga yo'naltirilgan to'g'ri chiziqlardir (2.1-rasm).

Shunday qilib, bizning sayyoramiz miqyosida sodir bo'layotgan harakatlarni, shuningdek, o'lchamlari Kopernik tizimida mos yozuvlar sifatida tanlangan uchta yulduzgacha bo'lgan masofaga nisbatan kichik bo'lgan boshqa har qanday tizimni o'rganayotganda, Kopernik tizimi. amalda inertial sanoq sistemasi.

Misol

Yerning sanoq sistemasining noinertialligi Yerning oʻz oʻqi va Quyosh atrofida aylanishi, yaʼni Kopernik tizimiga nisbatan tezlashtirilgan tezlik bilan harakatlanishi bilan izohlanadi. Ushbu aylanishlarning ikkalasi ham sekin sodir bo'lganligi sababli, er tizimi juda ko'p hodisalarga nisbatan o'zini inertial tizim kabi tutadi. Shuning uchun dinamikaning asosiy qonunlarini o'rnatish jismlarning Yerga nisbatan harakatini o'rganishdan, uning aylanishidan abstraktatsiya qilishdan, ya'ni Yerni taxminan ISO ga olishdan boshlanishi mumkin.

KUCH. TANA MASASI

Tajriba shuni ko'rsatadiki, tananing tezligidagi har qanday o'zgarish boshqa jismlarning ta'siri ostida sodir bo'ladi. Mexanikada boshqa jismlar ta'sirida harakat xarakterini o'zgartirish jarayoni jismlarning o'zaro ta'siri deb ataladi. Ushbu o'zaro ta'sirning intensivligini hisoblash uchun Nyuton kuch tushunchasini kiritdi. Kuchlar nafaqat moddiy jismlarning tezligining o'zgarishiga, balki ularning deformatsiyasiga ham olib kelishi mumkin. Shuning uchun kuch tushunchasiga quyidagi ta'rifni berish mumkin: kuch - bu kamida ikkita jismning o'zaro ta'sirining miqdoriy o'lchovi bo'lib, tananing tezlashishiga yoki shaklini o'zgartirishiga yoki har ikkalasiga olib keladi.

Kuch taʼsirida jismning deformatsiyalanishiga siqilgan yoki choʻzilgan prujinani misol qilib keltirish mumkin. Uni kuch etalon sifatida ishlatish oson: kuch birligi sifatida prujinada harakat qiluvchi, cho'zilgan yoki ma'lum darajada siqilgan elastik kuch olinadi. Bunday standartdan foydalanib, kuchlarni solishtirish va ularning xususiyatlarini o'rganish mumkin. Kuchlar quyidagi xususiyatlarga ega.

ü Kuch vektor kattalik bo'lib, yo'nalish, modul (raqamli qiymat) va qo'llash nuqtasi bilan tavsiflanadi. Bir jismga qo'llaniladigan kuchlar parallelogramma qoidasiga muvofiq qo'shiladi.

ü Tezlanishning sababi kuchdir. Tezlanish vektorining yo'nalishi kuch vektoriga parallel.

ü Kuch moddiy kelib chiqishiga ega. Moddiy jismlar yo'q - kuchlar yo'q.

Kuchning harakati tananing dam olish yoki harakat qilishiga bog'liq emas.

ü Bir vaqtning o'zida bir nechta kuchlar ta'sirida tana natijaviy kuch ta'sirida oladigan tezlanishni oladi.

Oxirgi bayonot - kuchlarning superpozitsiyasi printsipining mazmuni. Superpozitsiya printsipi kuchlar ta'sirining mustaqilligi g'oyasiga asoslanadi: har bir kuch faqat ko'rib chiqilayotgan jismga bir xil tezlanishni beradi. i th kuchlar manbai yoki bir vaqtning o'zida barcha manbalar. Bu boshqacha shakllantirilishi mumkin. Bir zarraning boshqasiga ta'sir qiladigan kuchi radius vektorlariga va faqat shu ikki zarrachaning tezligiga bog'liq. Boshqa zarrachalarning mavjudligi bu kuchga ta'sir qilmaydi. Bu xususiyat deyiladi mustaqillik qonuni kuchlar harakati yoki juftlarning o'zaro ta'siri qonuni. Ushbu qonunning amal qilish doirasi barcha klassik mexanikani qamrab oladi.

Boshqa tomondan, ko'p muammolarni hal qilish uchun, ularning birgalikdagi harakati bilan berilgan bir kuchni almashtira oladigan bir nechta kuchlarni topish kerak bo'lishi mumkin. Ushbu operatsiya berilgan kuchning tarkibiy qismlarga bo'linishi deb ataladi.

Tajribadan ma'lumki, bir xil o'zaro ta'sirlar bilan turli jismlar o'zlarining harakat tezligini tengsiz o'zgartiradilar. Harakat tezligining o'zgarishi tabiati nafaqat kuchning kattaligiga va uning ta'sir qilish vaqtiga, balki tananing o'ziga xos xususiyatlariga ham bog'liq. Tajriba shuni ko'rsatadiki, ma'lum bir jism uchun unga ta'sir qiluvchi har bir kuchning ushbu kuch tomonidan berilgan tezlanishga nisbati doimiy qiymatdir. . Bu nisbat tezlashtirilgan tananing xususiyatlariga bog'liq va deyiladi inertial massa tanasi. Shunday qilib, jismning massasi tanaga ta'sir qiluvchi kuchning ushbu kuch tomonidan bildirilgan tezlashuvga nisbati sifatida aniqlanadi. Massa qanchalik katta bo'lsa, tanaga ma'lum bir tezlanishni berish uchun zarur bo'lgan kuch shunchalik katta bo'ladi. Tana, go'yo, tezligini o'zgartirishga urinishlarga qarshi turadi.

Jismlarning o'z holatini o'z vaqtida ushlab turish qobiliyatida (harakat tezligi, harakat yo'nalishi yoki dam olish holati) ifodalangan xususiyati inersiya deb ataladi. Jismning inertsiyasining o'lchovi uning inersiya massasidir.Atrofdagi jismlarning bir xil ta'sirida bir jism o'z tezligini tez o'zgartirishi mumkin, ikkinchisi esa, xuddi shunday sharoitda, ancha sekinroq (2.2-rasm). Bu ikki jismning ikkinchisi ko'proq inersiyaga ega, yoki boshqacha aytganda, ikkinchi jism ko'proq massaga ega, deb aytish odatiy holdir. Xalqaro birliklar tizimida (SI) tana vazni kilogramm (kg) bilan o'lchanadi. Massa tushunchasini oddiyroq tushunchalarga keltirish mumkin emas. Tananing massasi qanchalik katta bo'lsa, xuddi shu kuch ta'sirida u kamroq tezlashadi. Kuch qanchalik katta bo'lsa, tezlashuv shunchalik katta bo'ladi va natijada oxirgi tezlik qanchalik katta bo'lsa, tana harakat qiladi.

SI birliklar tizimidagi kuch birligi N (nyuton) dir. Bir N (nyuton) son jihatdan jismning massasini bildiruvchi kuchga teng m = 1 kg tezlashuv.

Izoh.

Bu nisbat faqat etarlicha past tezlikda amal qiladi. Tezlik oshgani sayin, bu nisbat o'zgaradi, tezlik bilan ortadi.

Nyutonning IKKINCHI QONUNI

Tajribadan kelib chiqadiki, inertial sanoq sistemalarida jismning tezlashishi unga ta'sir qiluvchi barcha kuchlarning vektor yig'indisiga proporsional va tananing massasiga teskari proportsionaldir:

Nyutonning ikkinchi qonuni barcha kuchlarning natijasi va u keltirib chiqaradigan tezlanish o'rtasidagi munosabatni ifodalaydi:

Bu erda, vaqt o'tishi bilan moddiy nuqta momentumining o'zgarishi. Vaqt oralig'ini nolga o'rnatamiz:

keyin olamiz

	O'yin-kulgining ekstremal turlari orasida bungee jumping yoki bungee jumping alohida o'rinni egallaydi. Jeffri Bay shahrida ro'yxatga olingan "bungee"larning eng kattasi - 221 m.U hatto Ginnesning rekordlar kitobiga kiritilgan. Arqonning uzunligi shunday hisoblab chiqilganki, sakrab tushayotgan odam suvning eng chekkasida to'xtaydi yoki shunchaki unga tegadi. Sakrab turgan odam deformatsiyalangan arqonning elastik kuchi bilan ushlab turiladi. Odatda, kabel birgalikda to'qilgan kauchuk iplar to'plamidir. Shunday qilib, yiqilib tushganda, simi buloqlar, jumperning oyoqlari tushishiga yo'l qo'ymaydi va sakrashga qo'shimcha hissiyotlar qo'shadi. Nyutonning ikkinchi qonuniga to'liq mos ravishda, jumper va arqon o'rtasidagi o'zaro ta'sir vaqtining oshishi arqondan odamga ta'sir qiluvchi kuchning zaiflashishiga olib keladi.
	Voleybol o'ynashda yuqori tezlikda uchayotgan to'pni qabul qilish uchun qo'llarni to'p tomon harakatlantirish kerak. Bu to'p bilan o'zaro ta'sir qilish vaqtini oshiradi va shuning uchun Nyutonning ikkinchi qonuniga to'liq muvofiq ravishda qo'llarga ta'sir qiluvchi kuchning kattaligi kamayadi.

Ushbu shaklda taqdim etilgan Nyutonning ikkinchi qonuni yangi jismoniy miqdorni - impulsni o'z ichiga oladi. Vakuumdagi yorug'lik tezligiga yaqin tezlikda impuls tajribalarda o'lchanadigan asosiy miqdorga aylanadi. Demak, (2.2) tenglama relativistik tezliklar uchun harakat tenglamasini umumlashtirishdir.

(2.2) tenglamadan ko'rinib turibdiki, agar , u holda o'zgarmas qiymat bo'lsa, u doimiy, ya'ni impuls va u bilan birga erkin harakatlanuvchi moddiy nuqtaning tezligi o'zgarmas ekanligi kelib chiqadi. Shunday qilib, rasmiy ravishda Nyutonning birinchi qonuni ikkinchi qonunning natijasidir. Nima uchun u mustaqil qonun sifatida alohida ajratilgan? Gap shundaki, Nyutonning ikkinchi qonunini ifodalovchi tenglama, u amal qiladigan mos yozuvlar tizimi ko'rsatilgandagina ma'noga ega bo'ladi. Bu Nyutonning birinchi qonuni bo'lib, bunday ma'lumot doirasini ajratib ko'rsatishga imkon beradi. Uning ta'kidlashicha, erkin moddiy nuqta tezlanishsiz harakatlanadigan mos yozuvlar doirasi mavjud. Bunday sanoq sistemasida har qanday moddiy nuqtaning harakati Nyutonning harakat tenglamasiga bo‘ysunadi. Shunday qilib, mohiyatan birinchi qonunni ikkinchisining oddiy mantiqiy natijasi sifatida ko'rib bo'lmaydi. Bu qonunlar o'rtasidagi bog'liqlik chuqurroqdir.

(2.2) tenglamadan kelib chiqadiki, ya'ni cheksiz kichik vaqt oralig'ida impulsning cheksiz kichik o'zgarishi ko'paytmaga teng, deb ataladi. kuch impulsi. Kuchning impulsi qanchalik katta bo'lsa, impulsning o'zgarishi shunchalik katta bo'ladi.

KUCH TURLARI

Tabiatda mavjud bo'lgan barcha o'zaro ta'sirlar to'rt turga qisqartiriladi: tortishish, elektromagnit, kuchli va kuchsiz. Kuchli va kuchsiz oʻzaro taʼsirlar shunchalik kichik masofalarda ahamiyatli boʻlib, Nyutonning mexanika qonunlari endi qoʻllanilmaydi. Atrofimizdagi dunyodagi barcha makroskopik hodisalar tortishish va elektromagnit o'zaro ta'sirlar bilan belgilanadi. Faqat shu turdagi o'zaro ta'sirlar uchun kuch tushunchasini Nyuton mexanikasi ma'nosida ishlatish mumkin. Katta massalarning o'zaro ta'sirida tortishish kuchlari eng muhim hisoblanadi. Elektromagnit kuchlarning namoyon bo'lishi juda xilma-xildir. Ma'lum bo'lgan ishqalanish kuchlari, elastik kuchlar elektromagnit xususiyatga ega. Nyutonning ikkinchi qonuni tezlanishni beruvchi kuchlarning tabiatidan qat'iy nazar jismning tezlanishini aniqlaganligi sababli, kelajakda biz fenomenologik deb ataladigan yondashuvdan foydalanamiz: tajribaga asoslanib, biz ushbu kuchlar uchun miqdoriy qonuniyatlarni o'rnatamiz.

elastik kuchlar. Elastik kuchlar boshqa jismlar yoki maydonlar tomonidan ta'sirlangan va tananing deformatsiyasi bilan bog'liq bo'lgan jismda paydo bo'ladi. Deformatsiyalar - bu harakatning alohida turi, ya'ni tashqi kuch ta'sirida tana qismlarining bir-biriga nisbatan harakati. Tana deformatsiyalanganda uning shakli va hajmi o'zgaradi. Qattiq jismlar uchun deformatsiyaning ikkita cheklovchi holati ajratiladi: elastik va plastik. Deformatsiya, deformatsiya qiluvchi kuchlarning ta'siri tugagandan so'ng butunlay yo'qolsa, elastik deb ataladi. Plastmassa (noelastik) deformatsiyalar bilan jismlar yuk olib tashlangandan keyin o'zgargan shaklini qisman saqlab qoladi.

Jismlarning elastik deformatsiyalari xilma-xildir. Tashqi kuch ta'sirida jismlar cho'zilishi va qisqarishi, egilishi, burishishi va hokazo. Bu siljish qattiq jismning zarralari orasidagi o'zaro ta'sir kuchlari bilan to'xtatiladi, bu zarralarni bir-biridan ma'lum masofada ushlab turadi. Shuning uchun har qanday turdagi elastik deformatsiyalar bilan tanada uning deformatsiyasiga to'sqinlik qiladigan ichki kuchlar paydo bo'ladi. Jismning elastik deformatsiyasi vaqtida vujudga keladigan va deformatsiya natijasida vujudga kelgan jism zarrachalarining siljish yo‘nalishiga qarshi qaratilgan kuchlar elastik kuchlar deyiladi. Elastik kuchlar deformatsiyalangan jismning har qanday kesimida, shuningdek, deformatsiyani keltirib chiqaradigan jism bilan aloqa qilish joyida ta'sir qiladi.

Tajriba shuni ko'rsatadiki, kichik elastik deformatsiyalar uchun deformatsiyaning kattaligi uni keltirib chiqaradigan kuchga mutanosibdir (2.3-rasm). Ushbu bayonot qonun deb ataladi Hooke.

Robert Guk, 1635-1702

Ingliz fizigi. Uayt orolidagi Freshwaterda ruhoniy oilasida tug'ilgan, Oksford universitetini tamomlagan. Hali universitetda o'qiyotganda u Robert Boyl laboratoriyasida assistent bo'lib ishlagan va unga Boyl-Mariotte qonuni kashf etilgan o'rnatish uchun vakuum nasosini qurishda yordam bergan. Isaak Nyutonning zamondoshi sifatida u bilan birga Qirollik jamiyati ishida faol ishtirok etdi va 1677 yilda u erda ilmiy kotib lavozimini egalladi. O'sha davrning boshqa ko'plab olimlari singari, Robert Guk ham tabiiy fanlarning eng xilma-xil sohalari bilan qiziqdi va ularning ko'pchiligining rivojlanishiga hissa qo'shdi. U o'zining "Mikrografiya" monografiyasida tirik to'qimalarning mikroskopik tuzilishi va boshqa biologik namunalarning ko'plab eskizlarini nashr etdi va birinchi marta "tirik hujayra" degan zamonaviy tushunchani kiritdi. Geologiyada u birinchi bo'lib geologik qatlamlarning ahamiyatini anglagan va tarixda birinchi bo'lib tabiiy ofatlarni ilmiy o'rganish bilan shug'ullangan. U birinchilardan bo‘lib jismlar orasidagi tortishish kuchi ular orasidagi masofa kvadratiga mutanosib ravishda kamayib boradi, degan farazni ilgari surdi va ikki vatandosh va zamondoshlari Guk va Nyuton umrlarining oxirigacha bir-birlari bilan tortishib kelishdi. Umumjahon tortishish qonunining kashfiyotchisi deb atalishga haqli. Huk bir qator muhim ilmiy va o'lchov asboblarini ishlab chiqdi va shaxsan qurdi. Jumladan, u birinchi bo'lib mikroskopning okulyariga ikkita yupqa ipning xoch chizig'ini joylashtirishni taklif qildi, harorat shkalasida suvning muzlash nuqtasini nolga teng deb hisoblashni taklif qildi va universal bo'g'inni ixtiro qildi ( kardan qo'shma).

Bir tomonlama kuchlanish (siqilish) deformatsiyasi uchun Guk qonunining matematik ifodasi:

elastiklik kuchi qayerda; - tananing uzunligi (deformatsiyasi) o'zgarishi; - tananing o'lchamiga va materialiga qarab proportsionallik koeffitsienti, qattiqlik deb ataladi. Qattiqlikning SI birligi metrga nyuton (N/m). Bir tomonlama kuchlanish yoki siqilish holatida elastik kuch tashqi kuch harakat qiladigan to'g'ri chiziq bo'ylab yo'naltiriladi, bu esa tananing deformatsiyasiga olib keladi, bu kuchning yo'nalishiga teskari va tananing yuzasiga perpendikulyar. Elastik kuch har doim muvozanat holatiga yo'naltiriladi. Tayanch yoki osma tomondan tanaga ta’sir etuvchi elastik kuch tayanchning reaksiya kuchi yoki suspenziyaning taranglik kuchi deb ataladi.

Da . Ushbu holatda . Binobarin, Yang moduli son jihatdan shunday oddiy kuchlanishga teng bo'lib, uning uzunligi ikki baravar ko'payganida tanada paydo bo'lishi kerak edi (agar shunday katta deformatsiya uchun Guk qonuni bajarilgan bo'lsa). (2.3) dan shuni ham ko'rish mumkinki, SI birliklarida Young moduli paskalda () o'lchanadi. Turli materiallar uchun Young moduli juda katta farq qiladi. Masalan, po'lat uchun va kauchuk uchun, taxminan, ya'ni beshta kattalikdan kamroq.

Albatta, Guk qonuni, hatto Jung tomonidan takomillashtirilgan shaklda ham, tashqi kuchlar ta'sirida qattiq jism bilan sodir bo'ladigan hamma narsani tasvirlamaydi. Kauchuk tasmasini tasavvur qiling. Agar siz uni juda ko'p cho'zmasangiz, rezina tasma tomondan elastik taranglikni tiklovchi kuch paydo bo'ladi va siz uni bo'shatganingizdan so'ng, u darhol yig'ilib, avvalgi shakliga qaytadi. Agar siz kauchuk tasmasini yanada cho'zsangiz, u ertami-kechmi elastikligini yo'qotadi va siz cho'zishga qarshilik kuchi pasayganini his qilasiz. Shunday qilib, siz materialning elastik chegarasidan o'tdingiz. Agar siz kauchukni ko'proq tortsangiz, bir muncha vaqt o'tgach, u butunlay buziladi va qarshilik butunlay yo'qoladi. Bu sinish nuqtasi deb ataladigan nuqtadan o'tganligini anglatadi. Boshqacha qilib aytganda, Guk qonuni faqat nisbatan kichik siqish yoki kuchlanish uchun amal qiladi.

Sizning e'tiboringizga “Inertial sanoq sistemalari” mavzusiga bag'ishlangan videodarsni taqdim etamiz. 9-sinf uchun maktab fizika kursiga kiritilgan Nyutonning birinchi qonuni. Dars boshida o'qituvchi tanlangan ma'lumot doirasining muhimligini eslatib turadi. Va keyin u tanlangan mos yozuvlar tizimining to'g'riligi va xususiyatlari haqida gapiradi, shuningdek, "inertiya" atamasini tushuntiradi.

Oldingi darsda biz mos yozuvlar ramkasini tanlashning ahamiyati haqida gapirgan edik. Eslatib o'tamiz, traektoriya, bosib o'tgan masofa va tezlik CO ni qanday tanlashimizga bog'liq bo'ladi. Malumot tizimini tanlash bilan bog'liq bir qator boshqa xususiyatlar mavjud va biz ular haqida gaplashamiz.

Guruch. 1. Yukning tushish traektoriyasining mos yozuvlar tizimini tanlashga bog'liqligi

Yettinchi sinfda siz “inersiya” va “inersiya” tushunchalarini o‘rgangansiz.

Inertsiya - bu hodisa, bunda tananing asl holatini saqlab qolishga intiladi. Agar tana harakatlanayotgan bo'lsa, unda bu harakat tezligini saqlab qolishga harakat qilish kerak. Va agar u dam olayotgan bo'lsa, u dam olish holatini saqlab qolishga intiladi.

inertsiya - bu mulk tana harakat holatini saqlab turish uchun. Inersiya xossasi massa kabi kattalik bilan tavsiflanadi. Og'irligi – tana inertsiyasining o'lchovi. Tana qanchalik og'ir bo'lsa, harakat qilish yoki aksincha, to'xtash shunchalik qiyin bo'ladi.

E'tibor bering, ushbu tushunchalar "kontseptsiyasi" bilan bevosita bog'liq. inertial sanoq sistemasi» (ISO), bu quyida muhokama qilinadi.

Agar tanada boshqa jismlar harakat qilmasa, jismning harakatini (yoki dam olish holatini) ko'rib chiqing. Boshqa jismlarning harakati bo'lmaganda tananing o'zini qanday tutishi haqidagi xulosa birinchi marta Rene Dekart tomonidan taklif qilingan (2-rasm) va Galiley tajribalarida davom ettirilgan (3-rasm).

Guruch. 2. Rene Dekart

Guruch. 3. Galileo Galiley

Agar tana harakatlansa va unga boshqa jismlar ta'sir qilmasa, u holda harakat saqlanib qoladi, u to'g'ri chiziqli va bir xil bo'lib qoladi. Agar boshqa jismlar tanaga ta'sir qilmasa va tana tinch bo'lsa, u holda dam olish holati saqlanib qoladi. Ammo ma'lumki, dam olish holati mos yozuvlar doirasi bilan bog'liq: bir FRda tana tinch holatda bo'lsa, boshqasida u juda muvaffaqiyatli va tez harakat qiladi. Tajribalar va mulohazalar natijalari shuni ko'rsatadiki, barcha sanoq sistemalarida jism to'g'ri chiziqda va bir xilda harakatlanmaydi yoki unga ta'sir qiluvchi boshqa jismlar bo'lmaganda tinch holatda bo'lmaydi.

Binobarin, mexanikaning asosiy muammosini hal qilish uchun inertsiya qonuni bajariladigan, tana harakatining o'zgarishiga sabab bo'lgan sabab aniq bo'lgan shunday hisobot tizimini tanlash muhimdir. Agar jism boshqa jismlarning ta'siri bo'lmaganda to'g'ri chiziqda va bir xilda harakatlansa, biz uchun bunday ma'lumot tizimi afzalroq bo'ladi va u deyiladi. inertial sanoq sistemasi(ISO).

Aristotelning harakat sababi haqidagi nuqtai nazari

Jismning harakatini va bunday harakatni keltirib chiqaruvchi sabablarni tavsiflash uchun inertial sanoq sistemasi qulay modeldir. Birinchi marta bu kontseptsiya Isaak Nyuton tufayli paydo bo'ldi (5-rasm).

Guruch. 5. Isaak Nyuton (1643-1727)

Qadimgi yunonlar harakatni butunlay boshqacha tasavvur qilganlar. Harakatga Aristotelning nuqtai nazari bilan tanishamiz (6-rasm).

Guruch. 6. Aristotel

Aristotelning fikricha, faqat bitta inertial sanoq sistemasi mavjud - Yer bilan bog'langan sanoq sistemasi. Boshqa barcha mos yozuvlar tizimlari, Aristotelning fikriga ko'ra, ikkinchi darajali. Shunga ko'ra, barcha harakatlarni ikki turga bo'lish mumkin: 1) tabiiy, ya'ni Yer xabar qiladigan; 2) majburiy, ya'ni qolganlarning hammasi.

Tabiiy harakatning eng oddiy misoli - bu jismning Yerga erkin tushishi, chunki bu holda Yer tanaga tezlikni beradi.

Majburiy harakat misolini ko'rib chiqing. Ot aravani tortganda shunday holat. Ot kuch ishlatar ekan, arava harakat qiladi (7-rasm). Ot to‘xtashi bilan arava ham to‘xtab qoldi. Quvvat ham, tezlik ham yo‘q. Aristotelning fikricha, jismda tezlik borligini tushuntiruvchi kuchdir.

Guruch. 7. Majburiy harakat

Hozirgacha ayrim oddiy odamlar Aristotelning nuqtai nazarini adolatli deb biladilar. Masalan, polkovnik Fridrix Kraus fon Zillergut jahon urushi davridagi “Yaxshi askar Shveykning sarguzashtlari” asarida “Kuch yo‘q – tezlik yo‘q” tamoyilini tasvirlashga urinib ko‘rgan: “Barcha benzin chiqqanda, — dedi polkovnik, — mashina to'xtatishga majbur. Kecha ko'rgan narsam shu. Va shundan keyin ular hali ham inertsiya haqida gapirishadi, janoblar. Ketmaydi, turadi, bir joydan qimirlamaydi. Benzin yo'q! Xo'sh, bu kulgili emasmi?

Zamonaviy shou-biznesda bo'lgani kabi, muxlislar bor joyda har doim tanqidchilar bo'ladi. Aristotelning ham tanqidchilari bo'lgan. Ular unga quyidagi tajribani qilishni taklif qilishdi: tanani qo'yib yuboring va u biz qo'yib yuborgan joyning ostiga tushadi. Aristotel nazariyasini tanqid qilishning zamondoshlari misollariga o'xshash misol keltiraylik. Tasavvur qiling-a, uchayotgan samolyot bomba uloqtiradi (8-rasm). Bomba aynan biz qo'yib yuborgan joyning ostiga tushadimi?

Guruch. 8. Masalan, rasm

Albatta yo'q. Biroq, bu tabiiy harakat - Yer xabar qilgan harakat. Xo'sh, bu bombani yana va uzoqroq harakatga nima majbur qiladi? Aristotel shunday javob berdi: Gap shundaki, Yerning tabiiy harakati to'g'ridan-to'g'ri pastga tushishdir. Ammo havoda harakatlanayotganda, bomba uning turbulentliklari bilan olib ketiladi va bu turbulentliklar, xuddi bombani oldinga siljitadi.

Agar havo chiqarilsa va vakuum hosil bo'lsa nima bo'ladi? Axir, agar havo bo'lmasa, Aristotelning so'zlariga ko'ra, bomba qat'iy ravishda u tashlangan joyning ostiga tushishi kerak. Aristotel, agar havo bo'lmasa, unda bunday holat bo'lishi mumkin, lekin aslida tabiatda bo'shliq yo'q, vakuum yo'qligini ta'kidladi. Va agar vakuum bo'lmasa, hech qanday muammo yo'q.

Va faqat Galileo Galiley inertsiya tamoyilini biz o'rgangan shaklda shakllantirgan. Tezlikning o'zgarishining sababi boshqa jismlarning tanaga ta'siridir. Agar boshqa jismlar tanaga ta'sir qilmasa yoki bu harakat kompensatsiyalangan bo'lsa, u holda tananing tezligi o'zgarmaydi.

Inertial sanoq sistemasi haqida quyidagi fikrni aytishimiz mumkin. Mashina harakatlanayotgan vaziyatni tasavvur qiling, keyin haydovchi dvigatelni o'chiradi, keyin esa mashina inertsiya bilan harakat qiladi (9-rasm). Ammo bu oddiy sababga ko'ra noto'g'ri bayonotdir, chunki vaqt o'tishi bilan mashina ishqalanish kuchi natijasida to'xtaydi. Shuning uchun, bu holda bir xil harakat bo'lmaydi - shartlardan biri yo'q.

Guruch. 9. Ishqalanish kuchi natijasida avtomobilning tezligi o'zgaradi

Yana bir holatni ko'rib chiqaylik: katta, katta traktor doimiy tezlikda harakatlanmoqda, uning oldida esa chelak bilan katta yukni sudrab boradi. Bunday harakatni to'g'ri chiziqli va bir xil deb hisoblash mumkin, chunki bu holda tanaga ta'sir qiluvchi barcha kuchlar kompensatsiyalanadi va bir-birini muvozanatlashtiradi (10-rasm). Demak, ushbu jism bilan bog'liq bo'lgan mos yozuvlar tizimini inertial deb hisoblashimiz mumkin.

Guruch. 10. Traktor bir tekis va to'g'ri chiziqda harakat qiladi. Barcha organlarning harakati qoplanadi

Inertial sanoq sistemalari ko'p bo'lishi mumkin. Biroq, aslida, bunday ma'lumot doirasi hali ham ideallashtiriladi, chunki yaqinroq o'rganib chiqqach, to'liq ma'noda bunday mos yozuvlar doiralari mavjud emas. ISO - bu haqiqiy jismoniy jarayonlarni samarali taqlid qilish imkonini beruvchi ideallashtirishning bir turi.

Inertial mos yozuvlar tizimlari uchun Galileyning tezliklarni qo'shish formulasi o'rinlidir. Shuni ham yodda tutingki, biz ilgari aytib o'tgan barcha mos yozuvlar ramkalari qandaydir yaqinlashuvda inertial hisoblanishi mumkin.

Isaak Nyuton birinchi bo'lib ISOga bag'ishlangan qonunni ishlab chiqdi. Nyutonning xizmati shundaki, u harakatlanuvchi jismning tezligi bir zumda emas, balki vaqt o‘tishi bilan qandaydir harakat natijasida o‘zgarishini ilmiy jihatdan birinchi bo‘lib isbotladi. Bu fakt qonunning yaratilishiga asos bo'ldi, biz uni Nyutonning birinchi qonuni deb ataymiz.

Nyutonning birinchi qonuni : tana to'g'ri chiziqda va bir xilda harakatlanadigan yoki tanaga hech qanday kuchlar ta'sir qilmasa yoki tanaga ta'sir qiluvchi barcha kuchlar kompensatsiya qilinsa, tinch holatda bo'lgan mos yozuvlar tizimlari mavjud. Bunday sanoq sistemalari inertial deyiladi.

Boshqacha qilib aytganda, ular ba'zan shunday deyishadi: inertial sanoq sistemasi - bu Nyuton qonunlari bajariladigan ramka.

Nima uchun Yer inertial bo'lmagan CO. Fuko mayatnik

Ko'p sonli masalalarda jismning Yerga nisbatan harakatini hisobga olish kerak, biz Yerni inertial sanoq sistemasi deb hisoblaymiz. Ma'lum bo'lishicha, bu bayonot har doim ham to'g'ri emas. Agar Yerning o'z o'qiga nisbatan yoki yulduzlarga nisbatan harakatini hisobga oladigan bo'lsak, bu harakat qandaydir tezlanish bilan sodir bo'ladi. Muayyan tezlanish bilan harakatlanuvchi SO ni to'liq ma'noda inertial deb hisoblash mumkin emas.

Yer o'z o'qi atrofida aylanadi, ya'ni uning yuzasida joylashgan barcha nuqtalar o'z tezligining yo'nalishini doimiy ravishda o'zgartiradi. Tezlik vektor kattalikdir. Agar uning yo'nalishi o'zgarsa, unda qandaydir tezlashuv paydo bo'ladi. Shuning uchun Yer to'g'ri ISO bo'la olmaydi. Agar biz bu tezlanishni ekvatorda joylashgan nuqtalar uchun hisoblasak (qutblarga yaqinroq nuqtalarga nisbatan maksimal tezlanishga ega bo'lgan nuqtalar), u holda uning qiymati bo'ladi. Indeks tezlashuvning markazga yo'naltirilganligini ko'rsatadi. Gravitatsiya tezlashuvi bilan taqqoslaganda, tezlanishni e'tiborsiz qoldirish va Yerni inertial sanoq sistemasi deb hisoblash mumkin.

Biroq, uzoq muddatli kuzatishlar davomida Yerning aylanishini unutmaslik kerak. Buni fransuz olimi Jan Bernard Leon Fuko ishonchli tarzda ko'rsatdi (11-rasm).

Guruch. 11. Jan Bernard Leon Fuko (1819-1868)

Fuko mayatnik(12-rasm) - bu juda uzun ipga osilgan katta vazndir.

Guruch. 12. Fuko mayatnik modeli

Agar Fuko mayatnik muvozanatdan chiqarilsa, u holda u to'g'ri chiziqdan boshqa keyingi traektoriyani tasvirlaydi (13-rasm). Sarkacning siljishi Yerning aylanishi bilan bog'liq.

Guruch. 13. Fuko mayatnikining tebranishlari. Yuqoridan ko'rinish.

Yerning aylanishi bir qator qiziqarli faktlar bilan bog'liq. Masalan, shimoliy yarim sharning daryolarida, qoida tariqasida, o'ng qirg'oq tik, chap qirg'oq esa yumshoqroq. Janubiy yarim sharning daryolarida - aksincha. Bularning barchasi Yerning aylanishi va natijada paydo bo'lgan Koriolis kuchiga bog'liq.

Nyutonning birinchi qonunini shakllantirish masalasi bo'yicha

Nyutonning birinchi qonuni: agar tanaga hech qanday jismlar ta'sir qilmasa yoki ularning harakati o'zaro muvozanatlashgan (kompensatsiyalangan) bo'lsa, u holda bu jism tinch holatda bo'ladi yoki bir xil va to'g'ri chiziqli harakat qiladi.

Keling, Nyutonning birinchi qonunining bunday formulasini tuzatish zarurligini ko'rsatadigan vaziyatni ko'rib chiqaylik. Pardali derazalari bo'lgan poezdni tasavvur qiling. Bunday poyezdda yo‘lovchi poyezdning harakatlanayotganligini yoki yo‘qligini tashqaridagi narsalar orqali aniqlay olmaydi. Keling, ikkita ma'lumot doirasini ko'rib chiqaylik: yo'lovchi Volodya bilan bog'langan FR va Katya platformasidagi kuzatuvchi bilan bog'langan FR. Poyezd tezlasha boshlaydi, tezligi oshadi. Stol ustidagi olma bilan nima bo'ladi? U teskari yo'nalishda aylanadi. Katya uchun olma inertsiya bilan harakat qilayotgani aniq bo'ladi, ammo Volodya uchun bu tushunarsiz bo'ladi. U poyezd o‘z harakatini boshlaganini ko‘rmadi va birdan stol ustida yotgan olma dumalay boshlaydi. Bu qanday bo'lishi mumkin? Axir, Nyutonning birinchi qonuniga ko'ra, olma tinch holatda qolishi kerak. Shuning uchun Nyutonning birinchi qonunining ta'rifini takomillashtirish zarur.

Guruch. 14. Tasvirli misol

Nyutonning birinchi qonunini to'g'ri shakllantirish shunday eshitiladi: tana to'g'ri chiziqda va bir xilda harakatlanadigan yoki tanaga hech qanday kuchlar ta'sir qilmasa yoki tanaga ta'sir qiluvchi barcha kuchlar kompensatsiya qilinsa, tinch holatda bo'lgan mos yozuvlar tizimlari mavjud.

Volodya noinertial sanoq sistemasida, Katya esa inertial sistemada.

Tizimlarning aksariyati, haqiqiy mos yozuvlar tizimlari - inertial emas. Oddiy misolni ko'rib chiqaylik: poezdda o'tirib, stolga bir oz tanani (masalan, olma) qo'yasiz. Poyezd harakatlana boshlaganda, biz shunday qiziq rasmni kuzatamiz: olma harakat qiladi, poezdning harakatiga qarama-qarshi yo'nalishda aylanadi (15-rasm). Bunday holda, biz qaysi jismlarning harakatini aniqlay olmaymiz, olma harakatini qiladi. Bu holda sistema inertial emas deyiladi. Lekin siz kirish orqali vaziyatdan chiqib ketishingiz mumkin inertsiya kuchi.

Guruch. 15. Inertial bo'lmagan CO ga misol

Yana bir misol: jism yo'lning aylanasi bo'ylab harakatlanayotganda (16-rasm), tananing to'g'ri chiziqli harakat yo'nalishidan chetga chiqishiga olib keladigan kuch paydo bo'ladi. Bunday holda, biz ham o'ylashimiz kerak noinertial sanoq sistemasi, lekin, avvalgi holatda bo'lgani kabi, biz ham shunday deb atalmish joriy etish orqali vaziyatdan chiqish mumkin. inertsiya kuchlari.

Guruch. 16. Dumaloq yo'l bo'ylab harakatlanishdagi inersiya kuchlari

Xulosa

Sanoat tizimlarining cheksiz soni mavjud, ammo ularning aksariyati biz inertial mos yozuvlar tizimlari deb hisoblay olmaydigan tizimlardir. Inertial sanoq sistemasi ideallashtirilgan modeldir. Aytgancha, biz bunday mos yozuvlar tizimini Yer yoki ba'zi uzoq ob'ektlar (masalan, yulduzlar bilan) bilan bog'liq mos yozuvlar tizimi sifatida olishimiz mumkin.

Adabiyotlar ro'yxati

Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizika: O‘rta maktabning 9-sinfi uchun darslik. - M.: Ma'rifat.
Peryshkin A.V., Gutnik E.M. Fizika. 9-sinf: Umumiy ta’lim uchun darslik. muassasalar / A. V. Peryshkin, E. M. Gutnik. - 14-nashr, stereotip. - M.: Bustard, 2009. - 300.
Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. Fizika: masalalar yechish misollari bilan qo‘llanma. - 2-nashr, qayta tarqatish. - X .: Vesta: "Ranok" nashriyoti, 2005. - 464 b.

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

Uy vazifasi

Inertial va noinertial sanoq sistemalarining ta’riflarini tuzing. Bunday tizimlarga misollar keltiring.
Nyutonning birinchi qonunini ayting.
ISOda tana dam oladi. Tezlik bilan birinchi mos yozuvlar ramkasiga nisbatan harakatlanadigan ISO-da uning tezligining qiymati qanday ekanligini aniqlang v?

Nazariy mexanikada qo'llash uchun qulay bo'lgan quyidagi formula ekvivalent hisoblanadi: "Inertial sanoq tizimi deyiladi, unga nisbatan fazo bir hil va izotropik, vaqt esa bir hildir". Klassik mexanikada dinamikaning boshqa barcha aksiomalari kabi Nyuton qonunlari inertial sanoq sistemalari bilan bog‘liq holda tuzilgan.

"Inertial tizim" atamasi (Germaniya Inertialsystem) 1885 yilda taklif qilingan. Lyudvig-Lange?! va Nyuton qonunlari amal qiladigan koordinatalar tizimini nazarda tutgan. Lange tomonidan o'ylab topilganidek, bu atama bu davrda halokatli tanqidga uchragan mutlaq makon tushunchasini almashtirishi kerak edi. Nisbiylik nazariyasi paydo bo'lishi bilan bu tushuncha "inertial sanoq sistemasi"ga umumlashtirildi.

Entsiklopedik YouTube

1 / 3

✪ Inertial mos yozuvlar tizimlari. Nyutonning birinchi qonuni | Fizika 9-sinf #10 | ma'lumot darsi

✪ Nyutonning birinchi qonuni inertial sanoq sistemalari nima?

✪ Inertial va noinertial sanoq sistemalari (1)

Subtitrlar

Inertial sanoq sistemalarining xossalari

IFRga nisbatan bir tekis, to'g'ri chiziqli va aylanmasdan harakatlanadigan har qanday mos yozuvlar tizimi ham IFR hisoblanadi. Nisbiylik printsipiga ko'ra, barcha IFRlar tengdir va fizikaning barcha qonunlari bir IFRdan ikkinchisiga o'tishga nisbatan o'zgarmasdir. Bu shuni anglatadiki, ulardagi fizika qonunlarining ko'rinishlari bir xil ko'rinadi va bu qonunlarning yozuvlari turli ISOlarda bir xil shaklga ega.

Izotrop fazoda kamida bitta IFR mavjudligi haqidagi faraz bunday tizimlarning bir-biriga nisbatan barcha mumkin bo'lgan tezliklar bilan bir xilda, to'g'ri chiziqli va translyatsion ravishda harakatlanadigan cheksiz to'plami mavjud degan xulosaga olib keladi. Agar IFR mavjud bo'lsa, u holda fazo bir hil va izotrop, vaqt esa bir hil bo'ladi; Noeter teoremasiga ko'ra, fazoning siljishlarga nisbatan bir jinsliligi impulsning saqlanish qonunini beradi, izotropiya impulsning saqlanishiga olib keladi va vaqtning bir xilligi harakatlanuvchi jismning energiyasini saqlaydi.

Haqiqiy jismlar tomonidan amalga oshirilgan IFRlarning nisbiy harakatining tezliklari istalgan qiymatlarni olishi mumkin bo'lsa, turli IFRlarda har qanday "hodisalar" ning koordinatalari va vaqt momentlari o'rtasidagi bog'liqlik Galiley transformatsiyalari orqali amalga oshiriladi.

Haqiqiy mos yozuvlar tizimlari bilan ulanish

Mutlaq inertial tizimlar matematik abstraktsiya bo'lib, tabiatda mavjud emas. Biroq, bir-biridan etarlicha uzoqda joylashgan jismlarning nisbiy tezlashishi (Dopler effekti bilan o'lchanadigan) 10 −10 m / s² dan oshmaydigan ma'lumot tizimlari mavjud, masalan,