Інерціальні системи відліку. Перший закон Ньютона

 
 

Ми вже говорили про геніального англійського вченого Ісаака Ньютона (1642-1727). За свої наукові заслуги він навіть одержав лицарське звання й титул лорда. «Природа для нього була відкритою книгою, яку він читав без зусиль», — писав про цього вченого А. Ейнштейн (1879-1955). У роботі «Математичні начала натуральної філософії» (1687 р.) Ньютон сформулював «аксіоми руху» — їх тепер називають законами Ньютона. Про перший закон Ньютона йтиметься в цьому параграфі.

Згадуємо закон інерції

Згадаємо з курсу фізики 7 класу, за яких умов тіло перебуває в стані спокою або рухається рівномірно прямолінійно. Ви напевно пам’ятаєте закон інерції, який наприкінці XVI ст. експериментально встановив італійський учений Ґалілео Ґалілей (1564-1642):

Тіло рухається рівномірно прямолінійно або перебуває у стані спокою лише тоді, коли на нього не діють інші тіла або дії інших тіл скомпенсовані (рис. 30.1, 30.2).

Як ви вважаєте, чи буде рухатися космічний корабель, що перебуває вдалині від зір, якщо вимкнути його двигуни? Якщо буде рухатися, то як?



 

Вивчаємо інерціальні системи відліку

Явище збереження тілом стану спокою або рівномірного прямолінійного руху за умови, що на нього не діють інші тіла та поля або їхні дії скомпенсовані, називають явищем інерції.

Але стани руху і спокою залежать від вибору системи відліку (СВ). А чи в кожній СВ спостерігається явище інерції?

Уявіть, що ви сидите в купе потяга, який стоїть на пероні. На столику в купе лежить м’ячик. На м’ячик діють два тіла: Земля та столик. Дії Землі та столика скомпенсовані, і м’ячик перебуває в спокої. Однак щойно потяг починає набирати швидкість, м’ячик починає

котитися по столу в напрямку, протилежному напрямку руху потяга. Тобто, залишаючись нерухомим відносно перону, м’ячик відносно потяга починає рухатися з прискоренням (рис. 30.3). Отже, відносно СВ, пов’язаної з потягом, який набирає швидкість, явище інерції не спостерігається (дії Землі та столика на м’ячик скомпенсовані, але він не зберігає свою швидкість).

Систему відліку, відносно якої явище інерції не спостерігається, називають неінер-ціальною системою відліку.

Систему відліку, відносно якої спостерігається явище інерції, називають інерціальною системою відліку.

Далі, якщо спеціально не застережено, будемо користуватися тільки інерціаль-ними СВ.

Зазвичай як інерціальну використовують СВ, жорстко пов’язану з точкою на поверхні Землі. Але цю систему можна вважати інерціальною тільки умовно, оскільки Земля обертається навколо своєї осі. Для більш точних вимірювань використовують, наприклад, інерціальну СВ, пов’язану із Сонцем, — геліоцентричну систему відліку (рис. 30.4).

Зрозуміло, якщо ми знаємо хоча б одну інерціальну СВ, то можемо знайти багато інших. Адже будь-яка СВ, що рухається відносно інерціальної СВ рівномірно прямолінійно, теж є інерціальною.

Наприклад, якщо ви зберігаєте стан спокою або рівномірного прямолінійного руху відносно Землі, то й відносно потяга, який рухається відносно Землі з незмінною швидкістю, ви теж будете рухатися рівномірно прямолінійно (хоча й з іншою швидкістю).

Зазначимо, що в класичній механіці* внаслідок переходу від однієї інерціальної СВ до іншої швидкість руху, переміщення та координата тіла змінюються, а от сила, маса, прискорення, час руху та відстань між тілами залишаються незмінними.


Формулюємо перший закон Ньютона

Закон інерції Ґ. Ґалілея став першим кроком у встановленні основних законів класичної механіки. Формулюючи основні закони руху тіл, І. Ньютон назвав цей закон першим законом руху та подав його так: будь-яке ізольоване тіло зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху, доки й оскільки воно не вимушене прикладеними силами змінити цей стан.

Звернемо увагу ось на що.

1. Рухається тіло рівномірно, прискорено чи перебуває в стані спокою, залежить від вибору СВ.

2. В інерціальній СВ тіло рухається рівномірно прямолінійно або перебуває в стані спокою не лише у випадку, коли воно ізольоване (тобто на нього не діють інші тіла), а й у випадку, коли сили, що діють на тіло, ском-пенсовані.

З огляду на зазначене в сучасній фізиці перший закон ньютона формулюють так:

Існують такі системи відліку, відносно яких тіло зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху, якщо на тіло не діють жодні сили або ці сили скомпенсовані.

Отже, перший закон Ньютона постулює існування інерціальних систем відліку.

Дізнаємося про принцип відносності Ґалілея

Спостерігаючи рух тіл у різних інерціальних СВ, Ґ. Ґалілей дійшов висновку, який отримав назву принцип відносності Ґалілея:

В усіх інерціальних системах відліку перебіг механічних явищ і процесів відбувається однаково за однакових початкових умов.

Ґалілей писав так: «Якщо ми, перебуваючи в каюті вітрильника, будемо виконувати будь-які експерименти, то ані самі експерименти, ані їхні результати не будуть відрізнятися від тих, що проводилися б на березі.

І тільки піднявшись на палубу, ми побачимо: виявляється, наш корабель рухається рівномірно прямолінійно...».

Ви теж можете установити принцип відносності, якщо, наприклад, проведете низку дослідів у вагоні потяга, який рухається рівномірно прямолінійно. Так, чашка, що стоїть на столі, перебуватиме у стані спокою, а якщо впустити ложку, то вона відносно вагона падатиме вертикально вниз (рис. 30.5).


Підбиваємо підсумки

Тіло рухається рівномірно прямолінійно або перебуває в стані спокою лише тоді, коли на нього не діють інші тіла та поля або їхні дії ском-пенсовані, — це сучасне формулювання закону інерції, який експериментально встановив Ґ. Ґалілей. У сучасній фізиці цей закон називають першим законом Ньютона та формулюють так: існують такі системи відліку, відносно яких тіло зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху, якщо на тіло не діють жодні сили або ці сили скомпенсовані. Такі системи відліку називають інерціальними.

Зазвичай як інерціальні використовують СВ, пов’язані із Землею. Будь-яка СВ, що рухається відносно інерціальної СВ рівномірно прямолінійно, теж є інерціальною.

Контрольні запитання

1. За яких умов тіло зберігає швидкість свого руху? Наведіть приклади.

2. Сформулюйте закон інерції. 3. Які СВ називають інерціальними? неінер-ціальними? Наведіть приклади таких систем. 4. Сформулюйте перший закон Ньютона. Що він постулює? #5. Сформулюйте принцип відносності Ґалілея.

Вправа № 30

1. Ви сидите на стільці — ви, як і стілець, перебуваєте в стані спокою відносно Землі. Які тіла діють на стілець? на вас? Що можна сказати про ці дії?

2. Веслярі намагаються змусити човен рухатися проти течії, але човен перебуває в спокої відносно берега. Дії яких тіл при цьому компенсуються?

3. Кіт лежить на столі (див. рис. 30.1). Чи буде СВ, пов’язана з котом, інерціальною? Чи буде інерціальною СВ, пов’язана з павучком, що рівномірно опускається на павутинці зі стелі? Чи буде інерціальною СВ, пов’язана з мишеням, яке побачило кота й гальмує свій рух? Відповіді поясніть.

4. На рис. 1 зображено кілька тіл. 1) З яким тілом ви пов’язали б СВ, щоб вона була інерціальною? неінерціальною? Відповідь обґрунтуйте. 2) Якою в даний момент часу буде швидкість руху собаки в СВ, пов’язаній із пішоходом; у СВ, пов’язаній із вантажівкою? 3) Яким буде прискорення руху автомобіля у СВ, пов’язаній із деревом; у СВ, пов’язаній із пішоходом?

5. Скористайтеся додатковими джерелами інформації й дізнайтеся, чому Ґ. Ґалілея вважають засновником експериментально-математичного методу.

6. На рис. 2 зображено два тіла та сили, що діють на них (1 клітинка — 1 Н). Знайдіть напрямок і модуль рівнодійної сил, що діють на кожне тіло.

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

Популярне з Фізики за 9 клас

Добавити коментар

Автору дуже потрібно знати, чи Вам допоміг даний матеріал?!

    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent
оновити, якщо не видно коду

Коментарів 0


Ми створили сайт TEXTBOOKS з метою розміщення матеріалів (шкільних підручників) Міністерства Освіти України, для покращення освітнього процесу учнів у школах та вузах України.
Онлайн перегляд шкільного матеріалу допоможе Вам знайти якісну відповідь на поставлені питання вчителя.
Використовуйте Наш ресур для підготовки до ЗНО 2021, адже у нас присутні підготовчі курси з математики, української мови та літератури, англіської мови та історії України.