Перший закон Ньютона і поняття інерціальної системи відліку

а) I закон Ньютона

I закон Ньютона формулюється так: всяке тіло зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного рухудоти, поки дія з боку інших тіл не змусить його змінити цей стан. I закон Ньютона називається ще законом інерції.

Властивість тіл зберігати стан спокою або рівномірного прямолінійного руху без дії на них інших тіл називають інертністю.

Знайдемо, в яких системах тіло, на яке не діють інші тіла, буде збрігати стан спокою чи рівномірного прямолінійного руху.

б) інерціальна і неінерціальна системи відліку

Нехай у вагоні, що рухається прямолінійно і рівномірно, знаходиться у спокої тіло (Т).

Рис.2

Для спостерігача у рухомому вагоні (в системі відліку ) тіло знаходиться у стані спокою (= 0).Для спостерігача в нерухомій системі відліку тіло перебуває у прямолінійному і рівномірному русі.

Тобто в обох системах виконується I закон Ньютона.Такі системи, в яких I закон Ньютона виконується повністю, називають інерціальними системами відліку.

Якщо в системі відліку на тіло не діють інші тіла або сили, і тіло рухається відносно даної системи рівномірно і прямолінійно (тобто за інерцією) або перебуває у стані спокою, то таку систему називають інерціальною.

Нехай тепер вагон різко гальмує, тобто починає рухатись з прискоренням (рівносповільнено). Спостерігач в точці (тобто у вагоні) помітить, що тіло без причини почало ковзати вздовж (як люди в тролейбусі, що різко гальмує). Спостерігач же в т.буде бачити подальший рівномірний прямолінійний рух тіла в напрямі , поки не стане відчутною дія сили тертя тіла в підлогу вагона.

Системи, в яких не виконується I закон Ньютона, називаються неінерціальними (в нашому випадку вагон, що гальмує).

Системи, що рухаються з прискоренням відносно інерціальної, називають неінерціальними системами відліку.

в) принцип відносності Галілея

Повернемось до вагона, що рухається прямолінійно і рівномірно відносно системи, що зв’язана з Землею. Поставимо собі задачу: визначити, чи рухається вагон прямолінійно і рівномірно, чи знаходиться в стані спокою відносно системи . Проведемо дослідження періоду і орієнтації площини коливань математичного маятника, закріпленого до стелі вагону.

Математичним маятником називається точкове тіло, що закріплене на невагомій нерозтяжній нитці і виконує коливальні рухи під дією сили ваги.

Рис. 3

Результати таких досліджень показують, що як в , так і в період коливань і орієнтація площини коливань відносно осей є однаковими і незмінними.

Подібні експерименти привели Галілея до формулювання принципу відносності: ніякі механічні досліди і спостереження, що проводяться всередині інерціальної системи, не дають можливості визначити: рухається дана система прямолінійно і рівномірно чи перебуває в спокої відносно іншої інерціальної системи.

На закінчення зауважимо, що “найближчою” інерціальною системою можна вважати геліоцентричну систему: центр відліку знаходиться на Сонці, а осі направлені на відповідні зорі.

В багатьох дослідженнях Землю також можна вважати інерціальною системою, якщо на результати цих дослідів не впливає добове і річне обертання Землі (обертальний рух – це рух з прискоренням).

Дата добавления: 2014-01-05