Antickí filozofi sa snažili pochopiť podstatu pohybu, odhaliť vplyv hviezd a Slnka na človeka. Okrem toho sa ľudia vždy snažili identifikovať sily, ktoré pôsobia na hmotný bod v procese jeho pohybu, ako aj v momente odpočinku.
Aristoteles veril, že pri absencii pohybu na telo nepôsobia žiadne sily. Skúsme zistiť, ktoré vzťažné sústavy sa nazývajú inerciálne, uvedieme ich príklady.
Kľudový stav
V každodennom živote je ťažké odhaliť takýto stav. Takmer pri všetkých typoch mechanického pohybu sa predpokladá prítomnosť vonkajších síl. Dôvodom je sila trenia, ktorá mnohým predmetom nedovolí opustiť svoju pôvodnú polohu, opustiť stav pokoja.
Ak vezmeme do úvahy príklady inerciálnych referenčných systémov, poznamenávame, že všetky zodpovedajú 1. Newtonovmu zákonu. Až po jeho objavení bolo možné vysvetliť stav pokoja, naznačiť sily pôsobiace v tomto stave na teleso.
Formulácia 1. Newtonovho zákona
V modernej interpretácii vysvetľuje existenciu súradnicových systémov, voči ktorým možno uvažovať o absencii vonkajších síl pôsobiacich na hmotný bod. Z Newtonovho pohľadu sa referenčné systémy nazývajú inerciálne, čo nám umožňuje uvažovať o zachovaní rýchlosti telesa počas dlhého času.
Definície
Ktoré referenčné sústavy sú inerciálne? Ich príklady sa študujú v školskom kurze fyziky. Za inerciálne referenčné systémy sa považujú tie, vzhľadom na ktoré sa hmotný bod pohybuje konštantnou rýchlosťou. Newton objasnil, že každé teleso môže byť v podobnom stave, pokiaľ naň nie je potrebné aplikovať sily, ktoré môžu takýto stav zmeniť.
V skutočnosti nie je zákon zotrvačnosti splnený vo všetkých prípadoch. Pri analýze príkladov inerciálnych a neinerciálnych referenčných sústav zvážte osobu, ktorá sa drží zábradlia v pohybujúcom sa vozidle. Keď auto prudko zabrzdí, osoba sa automaticky pohne vzhľadom na vozidlo, a to aj napriek absencii vonkajšej sily.
Ukazuje sa, že nie všetky príklady inerciálnej vzťažnej sústavy zodpovedajú formulácii 1 Newtonovho zákona. Na objasnenie zákona zotrvačnosti bola zavedená prepracovaná definícia referenčných systémov, v ktorej je dokonale splnený.
Typy referenčných systémov
Aké referenčné systémy sa nazývajú inerciálne? Čoskoro sa to vyjasní. "Uveďte príklady inerciálnych referenčných systémov, v ktorých je splnený 1 Newtonov zákon" -podobná úloha sa ponúka školákom, ktorí si fyziku vybrali ako skúšku v deviatom ročníku. Na zvládnutie úlohy je potrebné mať predstavu o inerciálnych a neinerciálnych vzťažných sústavách.
Zotrvačnosť zahŕňa zachovanie pokoja alebo rovnomerného priamočiareho pohybu tela, pokiaľ je telo v izolácii. „Izolované“telá sú tie, ktoré nie sú spojené, neinteragujú, sú od seba vzdialené.
Uvažujme niekoľko príkladov inerciálnej vzťažnej sústavy. Predpokladajme, že hviezda v galaxii ako referenčný rámec, a nie pohyb autobusu, bude implementácia zákona zotrvačnosti pre cestujúcich držiacich sa koľajníc bezchybná.
Počas brzdenia sa toto vozidlo bude pohybovať rovnomerne v priamom smere, kým ho neovplyvnia iné telesá.
Aké príklady inerciálnej referenčnej sústavy môžete uviesť? Nemali by mať spojenie s analyzovaným telom, ovplyvňovať jeho zotrvačnosť.
Pre takéto systémy je splnený 1. Newtonov zákon. V reálnom živote je ťažké uvažovať o pohybe telesa vo vzťahu k inerciálnym referenčným sústavám. Nie je možné dostať sa k vzdialenej hviezde, aby ste z nej mohli vykonávať pozemské experimenty.
Zem je akceptovaná ako podmienené referenčné systémy, napriek tomu, že je spojená s objektmi, ktoré sú na nej umiestnené.
Zrýchlenie v inerciálnej referenčnej sústave je možné vypočítať, ak za referenčnú sústavu považujeme povrch Zeme. Vo fyzike neexistuje matematický záznam 1. Newtonovho zákona, ale je to on, kto je základom preodvodenie mnohých fyzikálnych definícií a pojmov.
Príklady inerciálnych referenčných sústav
Študenti škôl majú niekedy problém pochopiť fyzikálne javy. Žiakom deviateho ročníka sa ponúka úloha s nasledujúcim obsahom: „Aké vzťažné sústavy sa nazývajú inerciálne? Uveďte príklady takýchto systémov. Predpokladajme, že vozík s loptou sa spočiatku pohybuje po rovnom povrchu konštantnou rýchlosťou. Potom sa pohybuje po piesku, v dôsledku čoho sa loptička uvedie do zrýchleného pohybu, napriek tomu, že na ňu nepôsobia žiadne iné sily (ich celkový účinok je nulový).
Podstatu toho, čo sa deje, možno vysvetliť tým, že pri pohybe na piesočnatej ploche systém prestáva byť zotrvačný, má konštantnú rýchlosť. Príklady inerciálnych a neinerciálnych referenčných sústav naznačujú, že k ich prechodu dochádza v určitom časovom období.
Keď telo zrýchľuje, jeho zrýchlenie má kladnú hodnotu a pri brzdení je toto číslo záporné.
Krivočiary pohyb
Vzhľadom k hviezdam a Slnku sa pohyb Zeme uskutočňuje po krivočiarej trajektórii, ktorá má tvar elipsy. Táto referenčná sústava, v ktorej je stred zarovnaný so Slnkom a osi sú nasmerované na určité hviezdy, sa bude považovať za inerciálnu.
Všimnite si, že akýkoľvek referenčný rámec, ktorý sa bude pohybovať po priamke a rovnomerne vzhľadom na heliocentrickúsystém je inerciálny. Krivočiary pohyb sa vykonáva s určitým zrýchlením.
Vzhľadom na skutočnosť, že Zem sa pohybuje okolo svojej osi, referenčná sústava, ktorá je spojená s jej povrchom, sa vzhľadom na heliocentrickú pohybuje s určitým zrýchlením. V takejto situácii môžeme konštatovať, že vzťažná sústava, ktorá je spojená s povrchom Zeme, sa pohybuje so zrýchlením vzhľadom na heliocentrickú, takže ju nemožno považovať za inerciálnu. Hodnota zrýchlenia takéhoto systému je však taká malá, že v mnohých prípadoch výrazne ovplyvňuje špecifiká mechanických javov, ktoré sú voči nemu uvažované.
Na riešenie praktických problémov technického charakteru je zvykom považovať za inerciálnu vzťažnú sústavu, ktorá je pevne spojená s povrchom Zeme.
Galileská relativita
Všetky inerciálne vzťažné sústavy majú dôležitú vlastnosť, ktorú popisuje princíp relativity. Jeho podstata spočíva v tom, že akýkoľvek mechanický jav za rovnakých počiatočných podmienok prebieha rovnakým spôsobom, bez ohľadu na zvolený referenčný rámec.
Rovnosť ISO podľa princípu relativity je vyjadrená v nasledujúcich ustanoveniach:
- V takýchto systémoch sú zákony mechaniky rovnaké, takže akákoľvek rovnica, ktorá je nimi popísaná, vyjadrená súradnicami a časom, zostáva nezmenená.
- Výsledky prebiehajúcich mechanických experimentov umožňujú určiť, či bude referenčná sústava v pokoji, resp.priamočiary rovnomerný pohyb. Akýkoľvek systém môže byť podmienečne rozpoznaný ako stacionárny, ak sa ten druhý súčasne voči nemu pohybuje určitou rýchlosťou.
- Rovnice mechaniky zostávajú nezmenené vzhľadom na transformácie súradníc v prípade prechodu z jedného systému do druhého. Môžete opísať rovnaký jav v rôznych systémoch, ale ich fyzikálna podstata sa nezmení.
Riešenie problémov
Prvý príklad.
Určite, či inerciálna referenčná sústava je: a) umelý satelit Zeme; b) detská atrakcia.
Odpoveď. V prvom prípade nejde o inerciálny referenčný systém, pretože satelit sa pohybuje na obežnej dráhe pod vplyvom gravitačnej sily, preto k pohybu dochádza s určitým zrýchlením.
Atrakciu tiež nemožno považovať za inerciálny systém, pretože k jej rotačnému pohybu dochádza s určitým zrýchlením.
Druhý príklad.
Systém hlásení je pevne spojený s výťahom. V akých situáciách sa dá nazvať inerciálnym? Ak výťah: a) spadne; b) pohybuje sa rovnomerne nahor; c) rýchlo stúpa d) rovnomerne nasmerované nadol.
Odpoveď. a) Pri voľnom páde sa objaví zrýchlenie, takže referenčná sústava spojená s výťahom nebude inerciálna.
b) Pri rovnomernom pohybe výťahu je systém inerciálny.
c) Pri pohybe s určitým zrýchlením sa referenčná sústava považuje za inerciálnu.
d) Výťah sa pohybuje pomaly, má záporné zrýchlenie, takže nemôžetenazývame referenčnú sústavu inerciálnou.
Záver
Po celú dobu svojej existencie sa ľudstvo snaží pochopiť javy vyskytujúce sa v prírode. Pokusy vysvetliť relativitu pohybu urobil Galileo Galilei. Isaacovi Newtonovi sa podarilo odvodiť zákon zotrvačnosti, ktorý sa začal používať ako hlavný postulát vo výpočtoch v mechanike.
Systém detekcie polohy tela v súčasnosti zahŕňa telo, zariadenie na určovanie času, ako aj súradnicový systém. V závislosti od toho, či sa teleso pohybuje alebo nehybne, je možné charakterizovať polohu určitého objektu v požadovanom časovom úseku.
