Az ókori filozófusok megpróbálták megérteni a mozgás lényegét, felfedni a csillagok és a Nap emberre gyakorolt hatását. Ezenkívül az emberek mindig megpróbálták azonosítani azokat az erőket, amelyek egy anyagi pontra hatnak annak mozgása során, valamint a pihenő pillanatában.
Arisztotelész úgy gondolta, hogy mozgás hiányában a testre semmilyen erő nem hat. Próbáljuk meg kideríteni, hogy mely vonatkoztatási rendszereket nevezzük inerciálisnak, példákat adunk rájuk.
Pihenési állapot
A mindennapi életben nehéz észlelni egy ilyen állapotot. Szinte minden típusú mechanikai mozgásnál feltételezik a külső erők jelenlétét. Ennek oka a súrlódási erő, amely nem engedi, hogy sok tárgy elhagyja eredeti helyzetét, hogy elhagyja a nyugalmi állapotát.
Tekintettel az inerciális referenciarendszerekre, megjegyezzük, hogy mindegyik megfelel Newton 1. törvényének. Csak a felfedezése után lehetett megmagyarázni a nyugalmi állapotot, jelezni az ebben az állapotban ható erőket a testre.
Newton 1. törvényének megfogalmazása
A modern értelmezésben megmagyarázza a koordinátarendszerek létezését, amelyekhez viszonyítva tekinthetjük az anyagi pontra ható külső erők hiányát. Newton szemszögéből a vonatkoztatási rendszereket inerciálisnak nevezzük, ami lehetővé teszi számunkra, hogy figyelembe vegyük a test sebességének hosszú távú fennmaradását.
Definíciók
Mely referenciakeretek inerciálisak? Példákat az iskolai fizika tanfolyamon tanulmányozunk. Inerciális referenciarendszernek tekintjük azokat, amelyekhez képest az anyagi pont állandó sebességgel mozog. Newton tisztázta, hogy bármely test lehet hasonló állapotban, amíg nincs szükség olyan erők alkalmazására, amelyek megváltoztathatják az állapotot.
A valóságban a tehetetlenségi törvény nem minden esetben teljesül. Az inerciális és nem inerciális vonatkoztatási rendszerek példáit elemezve vegye figyelembe a mozgó járműben a kapaszkodókban kapaszkodó személyt. Amikor egy autó élesen fékez, a személy automatikusan elmozdul a járműhöz képest, annak ellenére, hogy nincs külső erő.
Kiderült, hogy az inerciális vonatkoztatási rendszer nem minden példája felel meg az 1 Newton-törvény megfogalmazásának. A tehetetlenség törvényének tisztázására bevezették a referenciarendszerek finomított definícióját, amelyben ez kifogástalanul teljesül.
Referenciarendszerek típusai
Mely referenciarendszereket nevezzük inerciálisnak? Hamarosan kiderül. "Adjon példákat inerciális vonatkoztatási rendszerekre, amelyekben teljesül az 1. Newton-törvény" -hasonló feladatot kínálnak azoknak az iskolásoknak, akik kilencedik osztályban fizikát választottak vizsgának. Ahhoz, hogy megbirkózzunk a feladattal, ismerni kell az inerciális és nem inerciális vonatkoztatási rendszereket.
A tehetetlenség magában foglalja a nyugalom vagy a test egyenletes egyenes vonalú mozgásának megőrzését mindaddig, amíg a test elszigetelten van. Az „elszigetelt” testek azok, amelyek nem kapcsolódnak egymáshoz, nem lépnek kölcsönhatásba, távolodnak egymástól.
Vegyünk néhány példát az inerciális vonatkoztatási rendszerre. Ha egy csillagot feltételezünk a galaxisban referenciakeretként, nem pedig mozgó buszt, a tehetetlenségi törvény végrehajtása a sínekben kapaszkodó utasok számára hibátlan lesz.
Fékezés közben ez a jármű egyenletesen, egyenes vonalban halad, amíg más testek nem érintik.
Milyen példákat tud felhozni egy inerciális vonatkoztatási rendszerre? Ne álljanak kapcsolatban az elemzett testtel, ne befolyásolják annak tehetetlenségét.
Az ilyen rendszerekre teljesül Newton 1. törvénye. A való életben nehéz figyelembe venni egy test mozgását a tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerekhez képest. Lehetetlen eljutni egy távoli csillaghoz, hogy földi kísérleteket hajtsunk végre rajta.
A Földet feltételes referenciarendszerként fogadják el, annak ellenére, hogy hozzá vannak rendelve a rajta elhelyezett objektumokhoz.
Lehetőség van a gyorsulás kiszámítására az inerciális vonatkoztatási rendszerben, ha a Föld felszínét tekintjük referenciarendszernek. A fizikában nincs matematikai feljegyzés Newton 1. törvényéről, de ő az alapja.számos fizikai definíció és kifejezés származtatása.
Példák inerciális referenciakeretekre
Az iskolás diákok néha nehezen értik meg a fizikai jelenségeket. A kilencedikesek a következő tartalmú feladatot kapják: „Milyen vonatkoztatási rendszereket nevezünk inerciálisnak? Mondjon példákat ilyen rendszerekre! Tételezzük fel, hogy a labdát tartalmazó kocsi kezdetben egy sík felületen, állandó sebességgel mozog. Ezután a homokon halad, ennek eredményeként a labda gyorsított mozgásba lendül, annak ellenére, hogy semmilyen más erő nem hat rá (az összhatásuk nulla).
A történések lényege azzal magyarázható, hogy homokos felületen haladva a rendszer megszűnik inerciális lenni, állandó sebességgel rendelkezik. Az inerciális és nem inerciális vonatkoztatási rendszerek példái azt jelzik, hogy az átmenetük egy bizonyos időtartamon belül megtörténik.
A karosszéria gyorsulásakor a gyorsulása pozitív értékű, fékezéskor pedig negatívvá válik.
Görbe vonalú mozgás
A csillagokhoz és a Naphoz viszonyítva a Föld mozgása görbe vonalú pálya mentén történik, amely ellipszis alakú. Azt a vonatkoztatási rendszert, amelyben a középpont a Naphoz igazodik, és a tengelyek bizonyos csillagokra irányulnak, inerciálisnak minősül.
Megjegyzendő, hogy bármely vonatkoztatási rendszer, amely egyenes vonalban és egyenletesen mozog a heliocentrikushoz képesta rendszer inerciális. A görbe vonalú mozgást némi gyorsulással hajtják végre.
Tekintettel arra, hogy a Föld a tengelye körül mozog, a felszínéhez tartozó vonatkoztatási rendszer a heliocentrikushoz képest némi gyorsulással mozog. Ilyen helyzetben arra a következtetésre juthatunk, hogy a Föld felszínével összefüggő vonatkoztatási rendszer a heliocentrikushoz képest gyorsulással mozog, így nem tekinthető inerciálisnak. De egy ilyen rendszer gyorsulásának értéke olyan kicsi, hogy sok esetben jelentősen befolyásolja a hozzá viszonyított mechanikai jelenségek sajátosságait.
A technikai jellegű gyakorlati problémák megoldásához a Föld felszínével mereven összefüggő vonatkoztatási rendszert szokás inerciálisnak tekinteni.
Galileai Relativitáselmélet
Minden inerciális vonatkoztatási rendszernek van egy fontos tulajdonsága, amelyet a relativitás elve ír le. Lényege abban rejlik, hogy minden mechanikai jelenség azonos kezdeti feltételek mellett ugyanúgy megy végbe, függetlenül a választott vonatkoztatási rendszertől.
Az ISO relativitás elve szerinti egyenlőségét a következő rendelkezések fejezik ki:
- Az ilyen rendszerekben a mechanika törvényei megegyeznek, így minden általuk leírt egyenlet, koordinátákkal és idővel kifejezve, változatlan marad.
- A folyamatban lévő mechanikai kísérletek eredményei lehetővé teszik annak megállapítását, hogy a vonatkoztatási rendszer nyugalmi állapotba kerül-e, vagyegyenes vonalú egyenletes mozgás. Bármely rendszer feltételesen felismerhető állónak, ha a másik egyidejűleg egy bizonyos sebességgel mozog hozzá képest.
- A mechanika egyenletei változatlanok maradnak a koordinátatranszformációk tekintetében az egyik rendszerből a másikba való átmenet esetén. Leírhatja ugyanazt a jelenséget különböző rendszerekben, de azok fizikai természete nem változik.
Problémamegoldás
Első példa.
Határozza meg, hogy az inerciális vonatkoztatási rendszer: a) a Föld mesterséges műholdja; b) gyermekvonzó.
Válasz. Az első esetben szó sincs inerciális vonatkoztatási rendszerről, mivel a műhold a gravitációs erő hatására kering a pályán, ezért a mozgás némi gyorsulással történik.
A vonzás sem tekinthető inerciarendszernek, mivel forgó mozgása némi gyorsulással történik.
Második példa.
A jelentési rendszer szorosan kapcsolódik a lifthez. Milyen helyzetekben nevezhető inerciálisnak? Ha a lift: a) leesik; b) egyenletesen halad felfelé; c) gyorsan emelkedik d) egyenletesen lefelé irányítva.
Válasz. a) Szabadesésnél megjelenik a gyorsulás, így a lifthez tartozó vonatkoztatási rendszer nem tehetetlen.
b) A felvonó egyenletes mozgása mellett a rendszer inerciális.
c) Némi gyorsulással történő mozgáskor a vonatkoztatási rendszer inerciálisnak minősül.
d) A lift lassan mozog, negatív a gyorsulása, ezért nem lehethívja a referenciakeretet inerciálisnak.
Következtetés
Az emberiség fennállásának teljes ideje alatt megpróbálta megérteni a természetben előforduló jelenségeket. Galileo Galilei próbálta megmagyarázni a mozgás relativitását. Isaac Newtonnak sikerült levezetnie a tehetetlenségi törvényt, amelyet a mechanikai számítások fő posztulátumaként kezdtek használni.
Jelenleg a testhelyzet-érzékelő rendszer magában foglalja a testet, az időmérő készüléket, valamint a koordinátarendszert. Attól függően, hogy a test mozgó vagy álló helyzetben van-e, lehetőség van egy adott tárgy helyzetének jellemzésére a kívánt időtartamban.
