Навчання

Які системи відліку називаються інерціальними? Приклади інерційної системи відліку

Які системи відліку називаються інерціальними? Приклади інерційної системи відліку

Стародавні філософи намагалися зрозуміти суть руху, виявити вплив зірок і Сонця на людину. Крім того, люди завжди намагалися виявити ті сили, які діють на матеріальну точку в процесі її руху, а також у момент спокою.

Арістотель вважав, що за відсутності руху на тіло не впливають будь-які сили. Спробуємо з'ясувати, які системи відліку називаються інерціальними, наведемо їх приклади.


Стан спокою

У повсякденному житті важко виявити подібний стан. Практично у всіх видах механічного руху передбачається присутність сторонніх сил. Причиною є сила тертя, що не дає багатьом предметам залишати своє початкове положення, виходити зі стану спокою.

Розглядаючи приклади інерціальної системи відліку, зазначимо, що всі вони відповідають 1 закону Ньютона. Тільки після його відкриття вдалося пояснити стан спокою, вказувати сили, що діють у цьому стані на тіло.

Формулювання 1 закону Ньютона

У сучасній інтерпретації він пояснює існування систем координат, щодо яких можна розглядати відсутність впливу на матеріальну точку зовнішніх сил. З точки зору Ньютона, інерціальними називаються системи відліку, які дозволяють розглядати збереження швидкості тіла протягом тривалого часу.

Визначення

Які системи відліку є інерційними? Приклади їх вивчаються в шкільному курсі фізики. Інерціальними вважають такі системи відліку, щодо яких матеріальна точка пересувається з постійною швидкістю. Ньютон уточнював, що будь-яке тіло може перебувати в подібному стані до тих пір, поки немає необхідності прикладати до нього сили, здатні змінювати подібний стан.

В реальності закон інерції виконується не у всіх випадках. Аналізуючи приклади інерційних і неінерційних систем відліку, розглянемо людину, яка тримається за поручні в транспорті, що пересувається. При різкому гальмуванні машини людина автоматично пересувається щодо транспорту, незважаючи на відсутність зовнішньої сили.

Виходить, що не всі приклади інерціальної системи відліку відповідають формулюванню 1 закону Ньютона. Для уточнення закону інерції було введено уточнене визначення систем відліку, в яких він бездоганно виконується.


Види систем відліку

Які системи відліку називаються інерціальними? Скоро це стане зрозуміло. «Наведіть приклади інерційних систем відліку, в яких виконується 1 закон Ньютона» - подібне завдання пропонують школярам, які обрали фізику як іспит у дев'ятому класі. Для того щоб впоратися з поставленим завданням, необхідно мати уявлення про інерційні та неінерційні системи відліку.

Інерція передбачає збереження спокою або рівномірного прямолінійного руху тіла до тих пір, поки тіло знаходиться в ізоляції. «Ізольованими» вважають тіла, які не пов'язані, не взаємодіють, віддалені один від одного.

Розгляньмо деякі приклади інерційної системи відліку. Якщо вважати системою відліку зірку в Галактиці, а не рухомий автобус, виконання закону інерції для пасажирів, які тримаються за поручні, буде бездоганним.

Під час гальмування даний транспортний засіб буде продовжувати рівномірний прямолінійний рух до тих пір, поки на нього не будуть впливати інші тіла.

Які приклади інерційної системи відліку можна навести? Вони не повинні мати зв'язку з аналізованим тілом, впливати на його інертність.

Саме для таких систем виконується 1 закон Ньютона. У реальному житті важко розглядати пересування тіла щодо інерційних систем відліку. Неможливо потрапити на далеку зірку, щоб з неї проводити земні експерименти.

Як умовні системи відліку приймають Землю, незважаючи на те що вона пов'язана з предметами, розміщеними на ній.


Розрахувати прискорення в інерціальній системі відліку можна, якщо рахувати як систему відліку поверхню Землі. У фізиці немає математичного запису 1 закону Ньютона, але саме він є основою для виведення багатьох фізичних визначень і термінів.

Приклади інерційних систем відліку

Школярам іноді складно зрозуміти фізичні явища. Дев'ятикласникам пропонується завдання такого змісту: "Які системи відліку називаються інерціальними? Наведіть приклади подібних систем ". Припустимо, що візок з кулею спочатку рухається рівною поверхнею, маючи постійну швидкість. Далі вона пересувається по піску, в результаті куля приводиться в прискорений рух, незважаючи на те що на неї не діють інші сили (їх сумарний вплив дорівнює нулю).

Суть того, що відбувається, можна пояснити тим, що під час руху піщаною поврехністю система перестає бути інерціальною, вона має постійну швидкість. Приклади інерційних і неінерційних систем відліку свідчать про те, що в певний проміжок часу відбувається їх перехід.

При розгоні тіла його прискорення має позитивну величину, а при гальмуванні цей показник стає негативним.

Криволінійний рух

Відносно зірок і Сонця рух Землі здійснюється по криволінійній траєкторії, що має форму еліпсу. Та система відліку, в якій центр поєднується з Сонцем, а осі спрямовані на певні зірки, буде вважатися інерціальною.


Зазначимо, що всяка система відліку, яка буде прямолінійно і рівномірно пересуватися відносно геліоцентричної системи, є інерціальною. Криволінійний рух здійснюється з деяким прискоренням.

Враховуючи той факт, що Земля здійснює рух навколо своєї осі, система відліку, яка пов'язана з її поверхнею, відносно геліоцентричною рухається з деяким прискоренням. У подібній ситуації можна зробити висновок, що система відліку, яка пов'язана з поверхнею Землі, пересувається з прискоренням відносно геліоцентричної, тому її не можна вважати інерціальною. Але значення прискорення подібної системи настільки мало, що в багатьох випадках істотно впливає на специфіку механічних явищ, розглянутих щодо неї.

Щоб вирішувати практичні завдання технічного характеру, прийнято вважати інерціальною ту систему відліку, яка жорстко пов'язана з поверхнею Землі.

Відносність Галілея

Всі інерційні системи відліку мають важливу властивість, яка описується принципом відносності. Суть його полягає в тому, що будь-яке механічне явище при однакових початкових умовах здійснюється однаково незалежно від вибраної системи відліку.

Рівноправність ІСО за принципом відносності виражається в таких положеннях:


  • У таких системах закони механіки однакові, тому будь-яке рівняння, яке описується ними, виражається через координати і час, залишається незмінним.
  • Результати механічних дослідів дозволяють встановлювати, чи буде система відліку покоїтися, чи вона здійснює прямолінійний рівномірний рух. Будь-яка система умовно може бути визнана нерухомою, якщо інша при цьому здійснює відносно неї рух з деякою швидкістю.
  • Рівняння механіки залишаються незмінними щодо перетворення координат у разі переходу від однієї системи до другої. Можна описати одне і те ж явище в різних системах, але їх фізична природа при цьому змінюватися не буде.

Вирішення завдань

Перший приклад.

Визначте, чи є інерційною системою відліку: а) штучний супутник Землі; б) дитячий атракціон.

Відповідь. У першому випадку не йдеться про інерційну систему відліку, оскільки супутник пересувається по орбіті під впливом сили земного тяжіння, отже, рух відбувається з деяким прискоренням.

Атракціон також не можна вважати інерціальною системою, оскільки його обертальний рух відбувається з деяким прискоренням.

Другий приклад.


Система звіту міцно пов'язана з ліфтом. В яких ситуаціях її можна називати інерціальною? Якщо ліфт: а) падає вниз; б) пересувається рівномірно вгору; в) прискорено піднімається; г) рівномірно направляється вниз.

Відповідь. а) При вільному падінні з'являється прискорення, тому система відліку, що пов'язана з ліфтом, не буде інерціальною.

б) При рівномірному пересуванні ліфта система є інерціальною.

в) Під час руху з деяким прискоренням систему відліку вважають інерціальною.

г) Ліфт пересувається уповільнено, має негативне прискорення, тому не можна назвати систему відліку інерціальною.

Ув'язнення

Протягом усього часу свого існування людство намагається зрозуміти явища, що відбуваються в природі. Спроби пояснити відносність руху були зроблені ще Галілео Галілеєм. Ісааку Ньютону вдалося вивести закон інерції, який стали використовувати як основний постулат при проведенні обчислень у механіці.

В даний час в систему визначення положення тіла включають тіло, прилад для визначення часу, а також систему координат. Залежно від того, рухомим або нерухомим є тіло, можна дати характеристику положення певного об'єкта в потрібний проміжок часу.

Image

Publish modules to the "offcanvas" position.