Drevni filozofi su pokušavali da shvate suštinu kretanja, da otkriju uticaj zvezda i Sunca na čoveka. Osim toga, ljudi su oduvijek pokušavali identificirati sile koje djeluju na materijalnu tačku u procesu njenog kretanja, kao iu trenutku mirovanja.
Aristotel je vjerovao da u odsustvu pokreta na tijelo ne djeluju nikakve sile. Pokušajmo otkriti koji se referentni okviri nazivaju inercijalnim, dat ćemo primjere za njih.
Stanje mirovanja
U svakodnevnom životu teško je otkriti takvo stanje. U gotovo svim vrstama mehaničkog kretanja pretpostavlja se prisustvo stranih sila. Razlog je sila trenja, koja ne dozvoljava mnogim objektima da napuste prvobitni položaj, da napuste stanje mirovanja.
Uzimajući u obzir primjere inercijalnih referentnih sistema, primjećujemo da svi oni odgovaraju Njutnovom 1. zakonu. Tek nakon njegovog otkrića bilo je moguće objasniti stanje mirovanja, ukazati na sile koje u tom stanju djeluju na tijelo.
Formulacija Newtonovog 1. zakona
U modernoj interpretaciji, on objašnjava postojanje koordinatnih sistema, u odnosu na koje se može smatrati odsustvo vanjskih sila koje djeluju na materijalnu tačku. Sa Newtonove tačke gledišta, referentni sistemi se nazivaju inercijski, što nam omogućava da razmotrimo očuvanje brzine tijela tokom dugog vremena.
Definicije
Koji su referentni okviri inercijalni? Primjeri njih izučavaju se u školskom kursu fizike. Inercijskim referentnim sistemima smatraju se oni u odnosu na koje se materijalna tačka kreće konstantnom brzinom. Newton je pojasnio da svako tijelo može biti u sličnom stanju sve dok nema potrebe da se na njega primjenjuju sile koje mogu promijeniti takvo stanje.
U stvarnosti, zakon inercije nije ispunjen u svim slučajevima. Analizirajući primjere inercijalnih i neinercijalnih referentnih okvira, razmotrite osobu koja se drži za rukohvate u vozilu u pokretu. Kada automobil naglo koči, osoba se automatski kreće u odnosu na vozilo, uprkos odsustvu vanjske sile.
Ispostavilo se da ne odgovaraju svi primjeri inercijalnog referentnog okvira formulaciji 1 Newtonovog zakona. Da bi se razjasnio zakon inercije, uvedena je rafinirana definicija referentnih sistema u kojoj je on besprijekorno ispunjen.
Vrste referentnih sistema
Koji se referentni sistemi nazivaju inercijalnim? Uskoro će biti jasno. "Navedite primjere inercijalnih referentnih sistema u kojima je zadovoljen 1 Newtonov zakon" -sličan zadatak nudi se i školarcima koji su za ispit u devetom razredu odabrali fiziku. Da biste se nosili sa zadatkom, potrebno je imati ideju o inercijalnim i neinercijalnim referentnim okvirima.
Inercija uključuje očuvanje mirovanja ili ravnomjernog pravolinijskog kretanja tijela sve dok je tijelo u izolaciji. "Izolovana" tijela su ona koja nisu povezana, ne stupaju u interakciju, uklonjena su jedno od drugog.
Razmotrimo neke primjere inercijalnog referentnog okvira. Uz pretpostavku da je zvijezda u galaksiji referentni okvir, a ne autobus u pokretu, implementacija zakona inercije za putnike koji se drže za šine bit će besprijekorna.
Tokom kočenja, ovo vozilo će se nastaviti ravnomjerno kretati pravolinijski sve dok na njega ne utiču druga tijela.
Koje primjere inercijalnog referentnog okvira možete dati? Oni ne bi trebali imati vezu sa analiziranim tijelom, utjecati na njegovu inerciju.
Za takve sisteme je ispunjen Newtonov 1. zakon. U stvarnom životu, teško je razmotriti kretanje tijela u odnosu na inercijalne referentne okvire. Nemoguće je doći do udaljene zvijezde da bi se s nje izvodili zemaljski eksperimenti.
Zemlja je prihvaćena kao uslovni referentni sistem, uprkos činjenici da je povezana sa objektima koji se nalaze na njoj.
Moguće je izračunati ubrzanje u inercijskom referentnom okviru ako uzmemo u obzir površinu Zemlje kao referentni okvir. U fizici ne postoji matematički zapis o Njutnovom 1. zakonu, ali je on taj koji je osnova zaizvođenje mnogih fizičkih definicija i pojmova.
Primjeri inercijalnih referentnih okvira
Učenicima škole ponekad je teško razumjeti fizičke pojave. Učenicima devetog razreda nudi se zadatak sljedećeg sadržaja: „Koji se referentni okviri nazivaju inercijskim? Navedite primjere takvih sistema. Pretpostavimo da se kolica sa loptom u početku kreću po ravnoj površini konstantnom brzinom. Zatim se kreće duž pijeska, kao rezultat toga, lopta se ubrzano kreće, uprkos činjenici da na nju ne djeluju nikakve druge sile (njihov ukupni učinak je nula).
Suština onoga što se dešava može se objasniti činjenicom da dok se kreće po pješčanoj površini, sistem prestaje biti inercijalan, ima konstantnu brzinu. Primjeri inercijalnih i neinercijalnih referentnih okvira pokazuju da se njihov prijelaz dešava u određenom vremenskom periodu.
Kada tijelo ubrza, njegovo ubrzanje ima pozitivnu vrijednost, a pri kočenju ova brojka postaje negativna.
Krivolinijsko kretanje
U odnosu na zvijezde i Sunce, kretanje Zemlje se odvija po krivolinijskoj putanji, koja ima oblik elipse. Taj referentni okvir, u kojem je centar poravnat sa Suncem, a ose usmjerene prema određenim zvijezdama, smatrat će se inercijskim.
Imajte na umu da će se svaki referentni okvir koji će se kretati pravolinijski i jednoliko u odnosu na heliocentričnisistem je inercijalan. Krivolinijsko kretanje se izvodi uz određeno ubrzanje.
S obzirom na činjenicu da se Zemlja kreće oko svoje ose, referentni okvir, koji je povezan sa njenom površinom, u odnosu na heliocentrični se kreće sa određenim ubrzanjem. U takvoj situaciji možemo zaključiti da se referentni okvir, koji je povezan sa Zemljinom površinom, kreće ubrzano u odnosu na heliocentrični, pa se ne može smatrati inercijskim. Ali vrijednost ubrzanja takvog sistema je toliko mala da u mnogim slučajevima značajno utiče na specifičnosti mehaničkih pojava koje se razmatraju u odnosu na njega.
Za rješavanje praktičnih problema tehničke prirode, uobičajeno je da se referentni okvir koji je čvrsto povezan sa površinom Zemlje smatra inercijskim.
Galilejska relativnost
Svi inercijalni referentni okviri imaju važno svojstvo, koje je opisano principom relativnosti. Njegova suština leži u činjenici da se svaki mehanički fenomen pod istim početnim uslovima odvija na isti način, bez obzira na odabrani referentni okvir.
Jednakost ISO-a prema principu relativnosti izražena je u sljedećim odredbama:
- U takvim sistemima, zakoni mehanike su isti, tako da svaka jednačina koju oni opisuju, izražena u koordinatama i vremenu, ostaje nepromijenjena.
- Rezultati tekućih mehaničkih eksperimenata omogućavaju da se utvrdi da li će referentni okvir mirovati ili ćepravolinijsko ravnomjerno kretanje. Bilo koji sistem se uslovno može prepoznati kao stacionaran ako se drugi istovremeno kreće u odnosu na njega određenom brzinom.
- Jednačine mehanike ostaju nepromijenjene s obzirom na transformacije koordinata u slučaju prelaska iz jednog sistema u drugi. Možete opisati isti fenomen u različitim sistemima, ali se njihova fizička priroda neće promijeniti.
Rješavanje problema
Prvi primjer.
Odredite da li je inercijalni referentni okvir: a) veštački satelit Zemlje; b) dječja atrakcija.
Odgovor. U prvom slučaju nema govora o inercijalnom referentnom sistemu, pošto se satelit kreće u orbiti pod uticajem sile gravitacije, pa se kretanje dešava uz izvesno ubrzanje.
Privlačenje se takođe ne može smatrati inercijskim sistemom, pošto se njegovo rotaciono kretanje dešava uz izvesno ubrzanje.
Drugi primjer.
Sistem javljanja je čvrsto povezan sa liftom. U kojim situacijama se može nazvati inercijskim? Ako lift: a) padne; b) ravnomjerno se kreće prema gore; c) brzo raste d) ravnomjerno usmjeren prema dolje.
Odgovor. a) U slobodnom padu pojavljuje se ubrzanje, tako da referentni okvir koji je povezan sa liftom neće biti inercijalan.
b) Sa ravnomernim kretanjem lifta, sistem je inercijalan.
c) Kada se krećete s određenim ubrzanjem, referentni okvir se smatra inercijskim.
d) Lift se kreće sporo, ima negativno ubrzanje, tako da ne možetenazovimo referentni okvir inercijski.
Zaključak
Čovečanstvo je čitavo vreme svog postojanja pokušavalo da razume pojave koje se dešavaju u prirodi. Pokušaje da objasni relativnost kretanja napravio je Galileo Galilei. Isaac Newton je uspio da izvede zakon inercije, koji se počeo koristiti kao glavni postulat u proračunima u mehanici.
Trenutno, sistem za detekciju položaja tela uključuje telo, uređaj za određivanje vremena, kao i koordinatni sistem. U zavisnosti od toga da li se tijelo kreće ili miruje, moguće je okarakterisati položaj određenog objekta u željenom vremenskom periodu.
