Інформація про новину
  • Переглядів: 243
  • Дата: 1-12-2020, 01:23
1-12-2020, 01:23

9. Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона

Категорія: Учебники » Физика





Попередня сторінка:  8. Равномерное движение по окружности
Наступна сторінка:   10. Сила. Масса. Второй и третий законы Н...

 

 

Я понял! Шарик должен продолжать движение с неизменной скоростью бесконечно, если нет причины для ускорения или замедления его движения. Только бы не закончилась плоскость!

Почему шарик набирает скорость? Почему останавливается? Как он будет двигаться, если угол наклона уменьшить до нуля? В конце XVI в. Г. Галилей, рассматривая движение разных тел по наклонной плоскости, провел мысленный эксперимент и пришел к выводу о существовании явления инерции (от лат. inertia — бездействие).

 

1. Вспоминаем закон инерции

Что является естественным для тела — движение или покой? Древнегреческий философ Аристотель утверждал, что покой, ведь для того, чтобы тело двигалось, нужно действовать на него определенным образом, а если действие прекратится, тело остановится. Кажется, что об этом свидетельствует и наш повседневный опыт. Но действительно ли это так?

Почему остановятся тела (рис. 9.1), если прекратить их толкать, тянуть и т. п.? Остановятся ли тела, если исчезнет сопротивление их движению?

Надеемся, вы правильно ответили на вопрос и пришли к выводу, к которому в свое время пришел Г. Галилей: «Сообщенная движущемуся телу скорость будет сохраняться, если устранены внешние причины ускорения или замедления движения». Итак, «естественным» для тела является не только состояние покоя, но и прямолинейное равномерное движение.

Закон инерции Галилея: тело движется равномерно прямолинейно или находится в состоянии покоя, если на него не действуют другие тела или действия других тел скомпенсированы.

Рис. 9.2. Чем меньше трение (сопротивление движению тела), тем больше горизонтальное движение тела приближается к движению по инерции

Тело, на которое не действуют другие тела и поля, называют изолированным (свободным), а движение изолированного тела — движением по инерции. В реальности практически невозможно создать условия, когда на тело ничто не действует, поэтому движением по инерции называют равномерное прямолинейное движение при отсутствии или скомпенсированно-сти действия на тело других тел и полей (рис. 9.2).

 

2. Что постулирует первый закон Ньютона

Явление сохранения телом состояния покоя или равномерного прямолинейного движения при условии, что на него не действуют другие тела и поля или их действия скомпенсированы, называют явлением инерции.

Вместе с тем состояние движения и состояние покоя зависят от выбора системы отсчета (СО). А в каждой ли СО наблюдается явление инерции? Из курса физики 9 класса вы хорошо знаете, что не в каждой.

Систему отсчета, относительно которой наблюдается явление инерции, называют инерциальной системой отсчета.

Представьте, что вы сидите в купе поезда, который время от времени увеличивает скорость, тормозит, осуществляет поворот и т. п. Понятно, что СО, связанная с поездом, будет инерциальной только тогда, когда поезд движется равномерно прямолинейно; во всех остальных случаях она будет неинерциалъ-ной, ведь относительно нее явление инерции наблюдаться не будет (рис. 9.3).

На каком рисунке (см. рис. 9.3, a-в) показано, что поезд набирает скорость? тормозит? движется равномерно прямолинейно?

Рис. 9.3. СО, связанная с поездом, будет инерциальной, только когда поезд относительно Земли находится в состоянии покоя или движется равномерно прямолинейно (а); во всех остальных случаях эта СО будет неинерциальной {б, в)

Чаще всего в качестве инерциальной выбирают СО, жестко связанную с точкой на поверхности Земли. Но эту систему можно считать инерциальной

только условно, поскольку Земля вращается вокруг своей оси. Для более точных измерений используют инерциальную СО, связанную с Солнцем и далекими звездами.

Если мы знаем хотя бы одну инерциальную СО (например, СО, связанную с домом, на рис. 9.4), то можем найти много других (см. рис. 9.4).

Если тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения относительно, например, Земли, то и относительно СО, движущейся относительно Земли с неизменной скоростью, тело тоже будет сохранять состояние покоя или двигаться равномерно прямолинейно.

Рис. 9.4. Любая СО (связанная с самолетом, поездом и т. д.), если она движется относительно инерциальной СО (здесь — СО, связанной с домом) равномерно прямолинейно, тоже является инерциальной

Закон инерции Г. Галилея стал первым шагом в установлении основных законов классической механики. Формулируя основные законы движения тел, И. Ньютон назвал этот закон первым законом движения. В современной физике первый закон механики Ньютона формулируют так:

Существуют такие системы отсчета, относительно которых тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют никакие силы или если эти силы скомпенсированы.

В такой формулировке первый закон Ньютона:

постулирует существование инерциальных СО (утверждает, что они существуют);

дает возможность из всех имеющихся СО выделить инерциальные СО; содержит закон инерции (условия равномерного прямолинейного движения тела).

 

3. Принцип относительности Галилея

Рассматривая движение тел в разных инерциальных СО, Г. Галилей пришел к выводу, который называют принципом относительности Галилея:

Во всех инерциальных системах отсчета течение механических явлений и процессов происходит одинаково при одинаковых начальных условиях.

Галилей писал: «Если мы, находясь в каюте парусника, будем проводить какие-либо эксперименты, то ни сами эксперименты, ни их результаты не будут отличаться от тех, которые проводились бы на берегу. И только поднявшись на палубу, мы увидим: оказывается, наш корабль движется равномерно прямолинейно...».

Подводим итоги

Закон инерции: тело движется равномерно прямолинейно или находится в состоянии покоя, если на него не действуют другие тела или их действия скомпенсированы.

• Первый закон Ньютона: существуют такие системы отсчета, относительно которых тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют никакие силы или если эти силы скомпенсированы. Такие СО называют инерциальными.

• В качестве инерциальных обычно используют СО, связанные с Землей. Любая СО, движущаяся относительно инерциальной СО равномерно прямолинейно, тоже является инерциальной. Во всех инерциальных СО течение механических явлений и процессов одинаково при одинаковых начальных условиях.

Контрольные вопросы

1. При каких условиях тело сохраняет скорость своего движения? Приведите примеры. 2. Сформулируйте закон инерции. 3. Какие СО называют инерциальными? неинерциальными? Приведите примеры. 4. Сформулируйте первый закон Ньютона. Что он постулирует? 5. Можно ли, находясь в инерциальной СО, с помощью механических экспериментов определить, движется эта система или находится в состоянии покоя?

Упражнение № 9

1. Приведите примеры тел, которые относительно Земли находятся в состоянии покоя. Какие силы на них действуют? Что вы можете сказать об этих силах? Какие СО, изображенные на рис. 1, возможно, являются инерциальными? Какие СО точно являются неинерциальными? Обоснуйте свой ответ.

3. От вершины отвесной скалы высотой 20 м оторвался обломок. За падением обломка наблюдают турист, стоящий на скале, и пассажир яхты, движущейся со скоростью 15 м/с. Для С01, связанной с туристом, и для С02, связанной с пассажиром яхты, определите перемещение и время падения обломка, ускорение и скорость его движения в момент падения.

4. Выясните, какие органы чувств в основном информируют человека о том, что он находится в неинерциальной СО.

5. Найдите направление и модуль равнодействующей сил, действующих на каждое тело (рис. 2; 1 клетка — 2 Н).

 

Это материал учебника Физика 10 класс Барьяхтар, Довгий

 



Попередня сторінка:  8. Равномерное движение по окружности
Наступна сторінка:   10. Сила. Масса. Второй и третий законы Н...



^