Інерціальні системи відліку. Перший закон Ньютона

Вам вже відомий закон інерції. Згідно з цим законом тіла (матеріальні точки) перебувають у спокої або рухаються прямолінійно і рівномірно (т. Е. Зберігають свою швидкість незмінною), якщо на них не діють інші тіла.

Суть закону інерції вперше була викладена в одній з книг італійського вченого Галілео Галілея, опублікованій на початку XVII ст.

Галілео Галілей

Галілео Галілей (1564-1642)
Італійський фізик, механік, астроном, філософ і математик. Засновник експериментальної фізики. Першим використав телескоп для спостереження небесних тіл і зробив ряд видатних астрономічних відкриттів

До цього протягом багатьох століть в науці панувала думка давньогрецького вченого Аристотеля і його послідовників. Відповідно до поглядів Аристотеля, при відсутності зовнішнього впливу тіло може тільки спочивати, а для того, щоб тіло рухалося з постійною швидкістю, потрібно, щоб на нього безперервно діяло інше тіло.

Галілей прийшов до висновку про те, що при відсутності зовнішніх впливів тіло може не тільки спочивати, а й рухатися прямолінійно і рівномірно. А сила, яку доводиться прикладати до тіла для підтримки його руху, необхідна тільки для того, щоб врівноважити інші прикладені до тіла сили, наприклад силу тертя.

Подібні погляди на причини руху висловлювалися деякими вченими і до Галілея. Галілей, критично проаналізувавши ідеї своїх попередників, прийшов до правильних висновків і застосував їх для пояснення конкретних явищ, тим самим давши поштовх розвитку науки.

В кінці XVII ст. англійський учений Ісаак Ньютон узагальнив висновки Галілея, сформулював закон інерції і включив його в якості першого з трьох законів в основу механіки (науки про рух і взаємодію тіл). Тому цей закон називають першим законом Ньютона.

Ісаак Ньютон

Ісаак Ньютон (1643-1727)
Англійський фізик, математик і астроном. Сформулював три закони динаміки, відкрив закон всесвітнього тяжіння і явище дисперсії світла

У викладі Ньютона закон інерції читається так: “Усяке тіло продовжує утримуватися в своєму стані спокою або рівномірного і прямолінійного руху, поки й оскільки воно не примушується прикладеними силами змінити цей стан”.

Однак згодом з’ясувалося, що перший закон Ньютона виконується не у всіх системах відліку.

У цьому можна переконатися за допомогою досвіду, зображеного на малюнку 19. Спочатку візок рухається прямолінійно і рівномірно щодо землі (рис. 19, а). На ній знаходяться дві кульки, один з яких лежить на горизонтальній поверхні, а інший підвішений на нитці. Сили, що діють на кожен з кульок по вертикалі, врівноважені, по горизонталі ніякі сили на них не діють (силу опору повітря в даному випадку можна не враховувати).

Кульки будуть перебувати в спокої відносно візка при будь-якій швидкості її руху (v1, v2, v3 і т. Д.) Щодо землі – головне, щоб ця швидкість була постійна.

Але коли візок потрапляє на пісочну насип (рис. 19, б), її швидкість швидко зменшується, в результаті чого візок зупиняється. Під час гальмування візка обидві кульки приходять в рух, т. Е. Змінюють свою швидкість щодо візки, хоча немає жодних сил, які штовхали б їх.

Значить, в системі відліку, пов’язаній з візком, яка гальмує щодо землі, закон інерції не виконується.

Таким чином, до формулювання закону інерції, даної Ньютоном, слід додати, що цей закон справедливий не для всіх систем відліку. Без такої вказівки це формулювання є незавершеною і навіть не зовсім точною (так як може привести до невірного поданням про те, що закон інерції виконується в будь-яких системах відліку). Тому з точки зору сучасних уявлень перший закон Ньютона формулюється так:

Існують такі системи відліку, щодо яких тіла зберігають свою швидкість незмінною, якщо на них не діють інші тіла або дії інших тіл компенсуються
Слід пам’ятати, що в першому законі Ньютона мова йде про тіла, які можуть бути прийняті за матеріальні точки.

Ті системи відліку, в яких закон інерції виконується, називаються інерційних, а ті, в яких не виконується, – неінерційній.

Закони руху та взаємодії тіл, які вам належить вивчити в 9 класі, сформульовані для інерційних систем відліку. У інерційних системах відліку ці закони мають найбільш простий вигляд. Тому, перш ніж застосовувати той чи інший закон для вирішення завдання, потрібно вибрати систему відліку, яку можна вважати інерціальної.

Слід зазначити, однак, що неможливо знайти таку систему відліку, яка для будь-яких розглядають у ній явищ була б строго інерціальної.

З дуже високим ступенем точності інерціальної можна вважати геліоцентричну систему. Ця система використовується в задачах небесної механіки і космонавтики.

Інерціальна система відліку

Сонячна (геліоцентрична) система – інерціальна система відліку

Інерціальними можна вважати також системи відліку, пов’язані з будь-яким тілом, яке покоїться або рухається рівномірно і прямолінійно відносно поверхні землі.

Системи відліку, що рухаються щодо інерційних з прискоренням, є неінерційній.

Існує незліченна безліч як інерційних, так і неінерційній систем відліку.

Питання

Як рухається тіло, якщо на нього не діють інші тіла?
Чим відрізняються погляди Галілея від поглядів Аристотеля в питанні про умови рівномірного руху тіл?
Як проводився досвід, зображений на малюнку 19, і які висновки з нього випливають?
Дайте сучасну формулювання першого закону Ньютона.
Які системи відліку називаються інерційних, а які – неінерційній? Наведіть приклади.
Вправа 10

На столі в рівномірно і прямолінійно рухомому потязі коштує легкорухливий іграшковий автомобіль. При гальмуванні поїзда автомобіль без зовнішнього впливу покотився вперед, зберігаючи свою швидкість щодо землі.

Чи виконується закон інерції: а) у системі відліку, пов’язаній із землею; б) в системі відліку, пов’язаній з поїздом, під час його прямолінійного і рівномірного руху; під час гальмування?

Чи можна в описаному випадку вважати інерціальної систему відліку, пов’язану з землею; з поїздом?


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (2 votes, average: 5.00 out of 5)

Інерціальні системи відліку. Перший закон Ньютона