Filosofii antici au încercat să înțeleagă esența mișcării, să dezvăluie influența stelelor și a Soarelui asupra unei persoane. În plus, oamenii au încercat întotdeauna să identifice forțele care acționează asupra unui punct material în procesul de mișcare a acestuia, precum și într-un moment de odihnă.
Aristotel credea că, în absența mișcării, corpul nu este afectat de nicio forță. Să încercăm să aflăm ce cadre de referință sunt numite inerțiale, vom da exemple de ele.
Stare de odihnă
În viața de zi cu zi este dificil de detectat o astfel de afecțiune. În aproape toate tipurile de mișcare mecanică, se presupune prezența unor forțe străine. Motivul este forța de frecare, care nu permite multor obiecte să părăsească poziția inițială, să părăsească starea de repaus.
Luând în considerare exemple de sisteme de referință inerțiale, observăm că toate corespund legii I a lui Newton. Abia după descoperirea sa a fost posibil să se explice starea de repaus, să se indice forțele care acționează în această stare asupra corpului.
Formularea primei legi a lui Newton
În interpretarea modernă, el explică existența sistemelor de coordonate, în raport cu care se poate considera absența forțelor externe care acționează asupra unui punct material. Din punctul de vedere al lui Newton, sistemele de referință sunt numite inerțiale, ceea ce ne permit să luăm în considerare conservarea vitezei corpului pe o perioadă lungă de timp.
Definiții
Care cadre de referință sunt inerțiale? Exemple dintre ele sunt studiate la cursul de fizică școlară. Sistemele de referință inerțiale sunt considerate a fi acelea față de care punctul material se mișcă cu o viteză constantă. Newton a clarificat că orice corp poate fi într-o stare similară atâta timp cât nu este nevoie să-i aplice forțe care pot schimba o astfel de stare.
În realitate, legea inerției nu este îndeplinită în toate cazurile. Analizând exemple de cadre de referință inerțiale și non-inerțiale, luați în considerare o persoană care se ține de balustrade într-un vehicul în mișcare. Când o mașină frânează brusc, o persoană se mișcă automat față de vehicul, în ciuda absenței unei forțe externe.
Se pare că nu toate exemplele de cadru de referință inerțial corespund formulării legii lui 1 Newton. Pentru a clarifica legea inerției, a fost introdusă o definiție rafinată a sistemelor de referință în care aceasta este îndeplinită impecabil.
Tipuri de sisteme de referință
Ce sisteme de referință se numesc inerțiale? Va deveni clar în curând. „Dați exemple de sisteme de referință inerțiale în care legea lui 1 Newton este îndeplinită” -o sarcină similară este oferită școlarilor care au ales fizica ca examen în clasa a IX-a. Pentru a face față sarcinii, este necesar să aveți o idee despre cadrele de referință inerțiale și non-inerțiale.
Inerția implică păstrarea repausului sau a mișcării rectilinie uniforme a corpului atâta timp cât corpul este izolat. Corpurile „izolate” sunt cele care nu sunt conectate, nu interacționează, sunt îndepărtate unele de altele.
Să luăm în considerare câteva exemple de cadru de referință inerțial. Presupunând ca o stea din galaxie ca cadru de referință, mai degrabă decât un autobuz în mișcare, implementarea legii inerției pentru pasagerii care se țin de șine va fi fără cusur.
În timpul frânării, acest vehicul va continua să se deplaseze uniform în linie dreaptă până când este afectat de alte corpuri.
Ce exemple de cadru de referință inerțial puteți oferi? Nu ar trebui să aibă o legătură cu corpul analizat, să îi afecteze inerția.
Prima lege a lui Newton este îndeplinită pentru astfel de sisteme. În viața reală, este dificil să se ia în considerare mișcarea unui corp în raport cu cadrele de referință inerțiale. Este imposibil să ajungi la o stea îndepărtată pentru a efectua experimente terestre din ea.
Pământul este acceptat ca sisteme de referință condiționate, în ciuda faptului că este asociat cu obiecte plasate pe el.
Este posibil să se calculeze accelerația în cadrul de referință inerțial dacă luăm în considerare suprafața Pământului ca cadru de referință. În fizică, nu există o înregistrare matematică a primei legi a lui Newton, dar el este cel care stă la bazaderivarea multor definiții și termeni fizici.
Exemple de cadre de referință inerțiale
Elevii din școală au uneori greu să înțeleagă fenomenele fizice. Elevilor de clasa a IX-a li se oferă sarcina următorului conținut: „Ce cadre de referință se numesc inerțiale? Dați exemple de astfel de sisteme. Să presupunem că căruciorul cu mingea se mișcă inițial pe o suprafață plană cu o viteză constantă. Apoi se mișcă de-a lungul nisipului, drept urmare, mingea este pusă în mișcare accelerată, în ciuda faptului că nicio altă forță nu acționează asupra ei (efectul lor total este zero).
Esența a ceea ce se întâmplă poate fi explicată prin faptul că în timp ce se deplasează pe o suprafață nisipoasă, sistemul încetează să mai fie inerțial, are o viteză constantă. Exemple de cadre de referință inerțiale și non-inerțiale indică faptul că tranziția lor are loc într-o anumită perioadă de timp.
Când caroseria accelerează, accelerația sa are o valoare pozitivă, iar la frânare, această cifră devine negativă.
Mișcare curbilinie
Față de stele și Soare, mișcarea Pământului se realizează de-a lungul unei traiectorii curbilinii, care are forma unei elipse. Acel cadru de referință, în care centrul este aliniat cu Soarele, iar axele sunt direcționate către anumite stele, va fi considerat inerțial.
Rețineți că orice cadru de referință care se va mișca în linie dreaptă și uniform în raport cu cel heliocentricsistemul este inerțial. Mișcarea curbilinie este efectuată cu o oarecare accelerație.
Având în vedere faptul că Pământul se mișcă în jurul axei sale, cadrul de referință, care este asociat cu suprafața sa, în raport cu cel heliocentric se mișcă cu o oarecare accelerație. Într-o astfel de situație, putem concluziona că cadrul de referință, care este conectat cu suprafața Pământului, se mișcă cu accelerație față de heliocentric, deci nu poate fi considerat inerțial. Dar valoarea accelerației unui astfel de sistem este atât de mică încât în multe cazuri afectează semnificativ specificul fenomenelor mecanice considerate relativ la acesta.
Pentru a rezolva probleme practice de natură tehnică, se obișnuiește să se considere ca inerțial cadrul de referință care este legat rigid de suprafața Pământului.
Relativitatea galileană
Toate cadrele de referință inerțiale au o proprietate importantă, care este descrisă de principiul relativității. Esența sa constă în faptul că orice fenomen mecanic în aceleași condiții inițiale se desfășoară în același mod, indiferent de cadrul de referință ales.
Egalitatea ISO conform principiului relativității este exprimată în următoarele prevederi:
- În astfel de sisteme, legile mecanicii sunt aceleași, astfel încât orice ecuație care este descrisă de acestea, exprimată în termeni de coordonate și timp, rămâne neschimbată.
- Rezultatele experimentelor mecanice în curs de desfășurare fac posibilă stabilirea dacă cadrul de referință va fi în repaus sau dacă facemișcare rectilinie uniformă. Orice sistem poate fi recunoscut în mod condiționat ca staționar dacă celăl alt se mișcă în același timp față de el cu o anumită viteză.
- Ecuațiile mecanicii rămân neschimbate în ceea ce privește transformările de coordonate în cazul trecerii de la un sistem la altul. Puteți descrie același fenomen în sisteme diferite, dar natura lor fizică nu se va schimba.
Rezolvarea problemelor
Primul exemplu.
Determinați dacă cadrul de referință inerțial este: a) un satelit artificial al Pământului; b) atracția copiilor.
Răspuns. În primul caz, nu se pune problema unui sistem de referință inerțial, deoarece satelitul se mișcă pe orbită sub influența forței gravitaționale, prin urmare, mișcarea are loc cu o oarecare accelerație.
De asemenea, atracția nu poate fi considerată un sistem inerțial, deoarece mișcarea sa de rotație are loc cu o oarecare accelerație.
Al doilea exemplu.
Sistemul de raportare este conectat ferm cu liftul. În ce situații poate fi numită inerțială? Dacă liftul: a) cade; b) se deplasează uniform în sus; c) se ridică rapid d) îndreptate uniform în jos.
Răspuns. a) În cădere liberă, apare accelerația, astfel încât cadrul de referință care este asociat cu liftul nu va fi inerțial.
b) Cu mișcarea uniformă a ascensorului, sistemul este inerțial.
c) Când se deplasează cu o anumită accelerație, cadrul de referință este considerat inerțial.
d) Liftul se mișcă încet, are o accelerație negativă, așa că nu poținumiți cadrul de referință inerțial.
Concluzie
De-a lungul întregii sale existențe, omenirea a încercat să înțeleagă fenomenele care au loc în natură. Încercările de a explica relativitatea mișcării au fost făcute de Galileo Galilei. Isaac Newton a reușit să obțină legea inerției, care a început să fie folosită ca postulat principal în calcule în mecanică.
În prezent, sistemul de detectare a poziției corpului include corpul, dispozitivul de determinare a timpului, precum și sistemul de coordonate. În funcție de faptul că corpul este în mișcare sau staționar, este posibil să se caracterizeze poziția unui anumit obiect în perioada de timp dorită.
