Перший закон Ньютона – реферат
У кінематиці, де тільки описуються руху і не зачіпається питання про причини, що їх викликають, ніякої принципової різниці між різними системами відліку немає, і всі вони в цьому відношенні рівноправні. Інакше йде справа в динаміці, де вивчаються закони руху. Тут виявляється істотна відмінність між різними системами відліку і переваги одного класу систем відліку в порівнянні з іншим.
В принципі можна взяти будь-яку з незліченної безлічі систем відліку. Однак закони механіки в різних системах відліку мають, взагалі кажучи, різний вигляд і може виявитися, що в довільній системі відліку опис навіть зовсім простих явищ будуть вельми складним. Природно, виникає завдання відшукання такої системи відліку, в якій закони механіки були б можливо більш простими. Така система відліку, очевидно, найбільш зручна для опису механічних явищ.
Розглянемо з цією метою прискорення частинки в деякій довільній системі відліку. Яка причина цього прискорення? Досвід показує, що цією причиною можуть бути як дія на дану частку якихось певних тіл, так і властивості самої системи відліку (дійсно, щодо різних систем відліку прискорення в загальному випадку буде різним).
Можна, однак, припустити, що існує така система відліку, в якій прискорення матеріальної точки цілком обумовлено тільки взаємодією її з іншими тілами. Вільна частинка, не схильна дії ніяких інших тіл, рухається щодо такої системи відліку прямолінійно і рівномірно, або, як кажуть, за інерцією. Таку систему відліку називають інерціальній,
Твердження, що інерціальні системи відліку існують, становить зміст першого закону класичної механіки – закону інерції Галілея – Ньютона – таке: існують системи відліку, звані інерційних, в яких при відсутності впливу інших тіл частинка зберігає стаціонарний стан руху: рухається рівномірно і прямолінійно (в приватному випадку – спочиває).
Слід зауважити, що обидва види стаціонарних станів є ідеалізацією реально спостережуваних природних процесів. Так спокій, який в античності вважався єдино можливим стаціонарним станом (Аристотель, 384-322 до н. Е.), Можливий лише в нехтуванні, наприклад, хаотичним тепловим рухом молекул тіла. Стационарность рівномірного прямолінійного руху (досягнення фізики 17 століття) вірна при неврахуванні взаємодії з тілом відліку (наприклад, гравітаційного – за законом тяжіння Ньютона) і приладами, які в результаті взаємодії з часткою вимірюють її “незмінну” швидкість. Якщо для тіла непридатна модель частинки (матеріальної точки), то поняття стаціонарності стану різко збагачується і ускладнюється, але це вже предмет Кантова теорії.
Існування інерційних систем відліку підтверджується досвідом. Початковими дослідами було встановлено, що такою системою відліку є Земля. Наступні більш точні досліди показали, що ця система відліку не зовсім інерціальна: були виявлені прискорення, існування яких не можна пояснити дією якихось певних тіл – необхідно враховувати обертання Землі та її рух навколо Сонця (досвід Фуко щодо збереження незмінної площини хитання маятника з кульовим підвісом без тертя і всі аналогічні йому). Зауважимо, що в багатьох випадках систему відліку, пов’язану із Землею, можна вважати практично інерціальній.
У той же час спостереження над ускорениями планет показали інерціальній геліоцентричної системи відліку (система Коперника, на честь Миколи Коперника, 1473-1543), пов’язаної з центром Сонця і “нерухомими” зірками. В даний час інерціальній геліоцентричної системи відліку підтверджується всією сукупністю дослідів в межах точності наявних вимірювань. Будь-яка інша система відліку, що рухається рівномірно і прямолінійно відносно геліоцентричної системи, є також інерціальній. Дійсно, якщо в геліоцентричної системі відліку прискорення тіла дорівнює нулю, то воно дорівнює нулю і в будь-який інший з цих систем відліку.
Таким чином, існує не одна, а безліч інерційних систем відліку, що рухаються відносно один одного прямолінійно і рівномірно. Системи відліку, що рухаються з прискоренням відносно інерційних систем, називають неінерційній.
Важливою особливістю інерційних систем відліку є наявність, певних властивостей симетрії часу і простору. Досвід переконує, що в цих системах відліку час однорідне, а простір однорідний і изотропно. Властивості симетрії простору і часу тісно пов’язані з законами збереження (див. Гл.4-6) і визначають їх кількість.
Однорідність часу полягає в тому, що протікання фізичних явищ (в одних і тих же умовах) в різний час їх спостереження однаково. Інакше кажучи, різні моменти часу еквівалентні один одному за своїми фізичними властивостями.
Однорідність і ізотропності простору полягають в тому, що властивості простору однакові в різних точках (однорідність), а в кожній точці однакові у всіх напрямках (изотропность).
По відношенню до неінерціальної системи відліку простір не є однорідним і ізотропним. Це означає, що якщо яка-небудь тіло не взаємодіє ні з якими іншими тілами, то тим не менше його різні положення в просторі і його різні орієнтації в механічному відношенні не еквівалентні. Те ж саме відноситься в загальному випадку і до часу, який буде неоднорідним, т. Е. Його різні моменти нееквівалентний. Ясно, що такі властивості простору і часу вносили б великі ускладнення в описі механічних явищ. Так, наприклад, тіло, не схильне дії з боку інших тіл, не могло б спочивати: якщо його швидкість в деякий момент часу і дорівнює нулю, то вже в наступний момент тіло почало б рухатися в певному напрямку.
Для інерційних систем відліку справедливий принцип відносності Галілея, згідно з яким всі інерціальні системи за своїми механічними властивостями еквівалентні один одному. Це означає, що ніякими механічними дослідами, проведеними “всередині” даної інерціальної системи, не можна установити, спочиває ця система відліку або рухається. У всіх інерційних системах відліку властивості простору і часу однакові, однакові також і всі закони механіки.
Це твердження – один з найважливіших принципів класичної механіки. Воно є узагальненням досвіду і підтверджується усім різноманіттям додатків класичної механіки до руху тіл, швидкості яких значно менше швидкості світла.
Все сказане ясно свідчить про винятковість властивостей інерційних систем відліку, в силу яких саме ці системи повинні, як правило, використовуватися при вивченні механічних явищ.
Виведемо формули перетворення координат при переході від однієї системи відліку до іншої, спираючись на однаковість властивостей простанства і часу у всіх системах відліку і їх незалежність один від одного. Нехай інерціальна система До рухається зі швидкістю відносно іншої інерціальної системи К.
(2 votes, average: 4.00 out of 5)