Древните философи се опитвали да разберат същността на движението, да разкрият влиянието на звездите и Слънцето върху човек. Освен това хората винаги са се опитвали да идентифицират силите, които действат върху материална точка в процеса на нейното движение, както и в момент на покой.
Аристотел вярвал, че при липса на движение тялото не се влияе от никакви сили. Нека се опитаме да разберем кои референтни системи се наричат инерционни, ще дадем примери за тях.
Състояние на покой
В ежедневието е трудно да се открие такова състояние. При почти всички видове механично движение се предполага наличието на външни сили. Причината е силата на триене, която не позволява на много обекти да напуснат първоначалното си положение, да напуснат състоянието на покой.
Разглеждайки примери за инерционни референтни системи, ние отбелязваме, че всички те отговарят на 1-ви закон на Нютон. Едва след откриването му беше възможно да се обясни състоянието на покой, да се посочат силите, действащи в това състояние върху тялото.
Формулиране на 1-ви закон на Нютон
В съвременната интерпретация той обяснява съществуването на координатни системи, спрямо които може да се разглежда отсъствието на външни сили, действащи върху материална точка. От гледна точка на Нютон, референтните системи се наричат инерционни, което ни позволява да разгледаме запазването на скоростта на тялото за дълго време.
Определения
Кои референтни системи са инерционни? Примери за тях се изучават в училищния курс по физика. За инерционни референтни системи се считат тези, по отношение на които материалната точка се движи с постоянна скорост. Нютон поясни, че всяко тяло може да бъде в подобно състояние, стига да не е необходимо да се прилагат сили към него, които могат да променят такова състояние.
В действителност, законът за инерцията не е изпълнен във всички случаи. Анализирайки примери за инерционни и неинерционни референтни системи, помислете за човек, който се държи за парапета в движещо се превозно средство. Когато колата спре рязко, човек автоматично се движи спрямо превозното средство, въпреки липсата на външна сила.
Оказва се, че не всички примери за инерционна референтна система отговарят на формулировката на 1 закон на Нютон. За да се изясни законът за инерцията, беше въведена усъвършенствана дефиниция на референтните системи, в която тя е безупречно изпълнена.
Видове референтни системи
Какви референтни системи се наричат инерционни? Скоро ще стане ясно. "Дайте примери за инерционни референтни системи, в които е изпълнен 1 закон на Нютон" -подобна задача се предлага и на ученици, избрали физиката за изпит в девети клас. За да се справите със задачата, е необходимо да имате представа за инерционни и неинерционни референтни системи.
Инерцията включва запазване на покой или равномерно праволинейно движение на тялото, докато тялото е в изолация. "Изолирани" тела са тези, които не са свързани, не взаимодействат, отстранени са едно от друго.
Нека разгледаме някои примери за инерционна референтна система. Ако приемем звезда в галактиката като референтна рамка, а не движещ се автобус, прилагането на закона за инерцията за пътниците, държащи се за релсите, ще бъде безупречно.
По време на спиране това превозно средство ще продължи да се движи равномерно по права линия, докато не бъде засегнато от други тела.
Какви примери за инерционна референтна система можете да дадете? Те не трябва да имат връзка с анализираното тяло, да влияят на неговата инерция.
Именно за такива системи се изпълнява 1-ви закон на Нютон. В реалния живот е трудно да се разгледа движението на тялото спрямо инерционните отправни системи. Невъзможно е да се стигне до далечна звезда, за да се провеждат земни експерименти от нея.
Земята се приема като условна референтна система, въпреки факта, че е свързана с обекти, поставени върху нея.
Възможно е да се изчисли ускорението в инерциалната референтна система, ако разглеждаме повърхността на Земята като референтна система. Във физиката няма математически запис на 1-ви закон на Нютон, но именно той е в основата наизвличане на много физически дефиниции и термини.
Примери за инерционни референтни системи
Учениците понякога се затрудняват да разберат физическите явления. На деветокласниците се предлага задачата със следното съдържание: „Какви референтни системи се наричат инерционни? Дайте примери за такива системи. Да приемем, че количката с топката първоначално се движи по равна повърхност с постоянна скорост. След това се движи по пясъка, в резултат на което топката се пуска в ускорено движение, въпреки факта, че върху нея не действат други сили (общият им ефект е нулев).
Същността на случващото се може да се обясни с факта, че докато се движи по пясъчна повърхност, системата престава да бъде инерционна, тя има постоянна скорост. Примери за инерционни и неинерционни референтни системи показват, че преходът им се извършва в определен период от време.
Когато тялото ускорява, ускорението му има положителна стойност, а при спиране тази цифра става отрицателна.
Криволинейно движение
В сравнение със звездите и Слънцето движението на Земята се осъществява по криволинейна траектория, която има формата на елипса. Тази референтна система, в която центърът е подравнен със Слънцето, а осите са насочени към определени звезди, ще се счита за инерционна.
Забележете, че всяка референтна система, която ще се движи по права линия и равномерно спрямо хелиоцентричнатасистемата е инерционна. Криволинейното движение се извършва с известно ускорение.
Като се има предвид фактът, че Земята се движи около оста си, референтната система, която е свързана с нейната повърхност, спрямо хелиоцентричната се движи с известно ускорение. В такава ситуация можем да заключим, че референтната система, която е свързана със земната повърхност, се движи с ускорение спрямо хелиоцентричната, така че не може да се счита за инерционна. Но стойността на ускорението на такава система е толкова малка, че в много случаи оказва значително влияние върху спецификата на разглежданите спрямо нея механични явления.
За решаване на практически проблеми от техническо естество е обичайно да се счита за инерционна референтната система, която е твърдо свързана със земната повърхност.
относителност на Галилея
Всички инерционни референтни системи имат важно свойство, което се описва от принципа на относителността. Същността му се крие във факта, че всяко механично явление при едни и същи начални условия се осъществява по един и същи начин, независимо от избраната референтна рамка.
Равенството на ISO според принципа на относителността се изразява в следните разпоредби:
- В такива системи законите на механиката са едни и същи, така че всяко уравнение, което е описано от тях, изразено чрез координати и време, остава непроменено.
- Резултатите от текущи механични експерименти позволяват да се установи дали референтната рамка ще бъде в покой или дали правиправолинейно равномерно движение. Всяка система може условно да бъде разпозната като неподвижна, ако другата в същото време се движи спрямо нея с определена скорост.
- Уравненията на механиката остават непроменени по отношение на координатните трансформации в случай на преход от една система към друга. Можете да опишете едно и също явление в различни системи, но тяхната физическа природа няма да се промени.
Решаване на проблеми
Първи пример.
Определете дали инерциалната референтна система е: а) изкуствен спътник на Земята; б) детска атракция.
Отговор. В първия случай не става дума за инерционна референтна система, тъй като спътникът се движи в орбита под въздействието на силата на гравитацията, следователно движението става с известно ускорение.
Привличането също не може да се счита за инерционна система, тъй като нейното въртеливо движение се извършва с известно ускорение.
Втори пример.
Системата за отчитане е здраво свързана с асансьора. В какви ситуации може да се нарече инерционен? Ако асансьорът: а) падне; б) се движи равномерно нагоре; в) нараства бързо г) равномерно насочени надолу.
Отговор. a) При свободно падане се появява ускорение, така че референтната система, която е свързана с асансьора, няма да бъде инерционна.
b) При равномерно движение на асансьора системата е инерционна.
c) Когато се движите с известно ускорение, референтната система се счита за инерционна.
d) Асансьорът се движи бавно, има отрицателно ускорение, така че не можетенаречете референтната система инерционна.
Заключение
През цялото време на своето съществуване човечеството се опитва да разбере явленията, случващи се в природата. Опитите да се обясни относителността на движението са направени от Галилео Галилей. Исак Нютон успява да изведе закона за инерцията, който започва да се използва като основен постулат в изчисленията в механиката.
В момента системата за откриване на позицията на тялото включва тялото, устройството за определяне на времето, както и координатната система. В зависимост от това дали тялото се движи или неподвижно, е възможно да се характеризира позицията на определен обект в желания период от време.
