On

Инерциальная система отсчета

Posted by admin

ИНЕРЦИАЛЬНАЯ СИСТЕМА ОТСЧЁТА, система отсчёта, в которой справедлив закон инерции: материальная точка, если на неё не действуют никакие силы (или действуют взаимно уравновешенные силы), находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Всякая система отсчёта, движущаяся по отношению к инерциальной системе отсчета поступательно, равномерно и прямолинейно, также является инерциальной системой отсчета. Теоретически может существовать любое число равноправных инерциальных систем отсчета, в которых законы физики одинаковы (относительности принцип). Система отсчёта, движущаяся с ускорением по отношению к инерциальной системе отсчета, неинерциальна, и закон инерции в ней не выполняется.

Понятие «инерциальная система отсчета» — научная абстракция. Реальная система отсчёта всегда связывается с каким-либо конкретным телом (Землёй, корпусом космического корабля или самолёта и т.п.), по отношению к которому изучается движение различных объектов. Поскольку все реальные тела движутся с ускорением, любую реальную систему отсчёта можно рассматривать как инерциальную систему отсчета лишь с определённой степенью приближения. С очень высокой степенью точности инерциальной можно считать гелиоцентрическую систему, связанную с центром масс Солнечной системы, с осями, направленными на три далёкие звезды. Такая инерциальная система отсчета используется в задачах небесной механики и космонавтики. Для решения технических задач инерциальной системой отсчета можно считать систему, жёстко связанную с Землёй, а в случаях, требующих большей точности (например, в гироскопии), — с центром масс Земли и осями, направленными на далёкие звёзды.

При переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой в классической механике Ньютона для пространственных координат и времени справедливы преобразования Галилея (смотри Галилея принцип относительности), в релятивистской механике — Лоренца преобразования.

Лит. смотри при статьях Механика, Относительности теория.

Понятие инерциальных систем отсчета

Дата публикации

Обладая начальными данными, для любого движущегося тела можно рассчитать значение его ускорения, скорости, расположения (координат) и пр. Все подобные расчеты выполняются в рамках кинематики. Однако данный раздел науки не изучает самих процессов, возникающих при механическом перемещении. Ответить на вопросы о характеристиках движения, причине импульса ускорения может динамика.

Возьмем коробок с одной спичкой внутри и начнем его перемещать по столу в одном направлении с одной и той же скоростью. Что происходит со спичкой? Она покоится или перемещается? Все зависит от того, какую систему отсчета мы выберем основной. По отношению к коробку спичка покоится, а вот если посмотреть на происходящее со стороны (например, того же стола), то перемещается. Общее в обоих случаях то, что скорость спички постоянна. Для ее изменения необходимо оказать на коробок и спичку внешнее воздействие, например, столкнуть со стола. Именно этим характеризуются инерциальные системы отсчета. Предположим, что мы находимся в коробке рядом со спичкой. Так как внешнее воздействие неочевидно, то в момент падения можно подумать, будто спичка сама по себе пришла в движение, приобретя импульс ускорения. А вот если посмотреть на происходящее, находясь на столе, то поведение спички легко объясняется изменением скорости движения коробка. Фактически, мы описали инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Для первых характерно действие сторонних сил, а для вторых полученное ускорение внешними силами объяснить нельзя. В данном примере инерциальные системы отсчета связаны с поверхностью стола и любым другим предметом вне коробка, так как очевидно внешнее воздействие на изучаемый объект.

Проблемой систем отсчета интересовались такие видные ученые древности, как Галилей и Аристотель. Лишь в 17 веке И. Ньютон на основе их работ сформулировал свое первое правило инерции, более известное как Первый закон Ньютона.

Он гласит, что допустимо существование таких систем отсчета, при которых на тело не оказывается внешнего воздействия со стороны других тел, а скорость движения не изменяется ни по значению, ни по направленности. Если воздействий несколько, но они уравновешиваются, то действует то же правило, которое используют инерциальные системы отсчета (ИСО). Если рассматривать одну систему отсчета относительно другой, при неизменных модуле и значении скорости, то можно утверждать, что в природе существует огромное количество ИСО. Следовательно, инерциальные системы отсчета окружают нас повсюду.

Намного проще понять Первый закон Ньютона, если ознакомиться с выводами его предшественников – Аристотеля и Галилея.

Аристотель утверждал, что если на тело не оказывается какого-либо стороннего воздействия, то естественное его состояние – покой. В случае же перемещения тела с неизменной скоростью должна присутствовать внешняя сила.

Галилей дополнил эти выводы: отсутствие внешнего воздействия вовсе не означает, что тело не может двигаться равномерно и без изменения направления. Сама же сила, оказывающая действие, растрачивается на компенсацию притяжения, трения и пр.

Инерциальная система полностью основана на Первом законе, согласно которому любое тело покоится или равномерно движется до тех пор, пока внешняя сила не изменяет его состояния. Важная особенность: данный закон можно выполняется не во всех возможных системах отсчета.

Инерциальная система блестяще подтверждается и активно используется в небесной механике и космонавтике (гелиоцентрическая система). При этом следует оговориться, что не существует такой системы отсчета, которая бы являлась инерциальной для всех возможных процессов рассматриваемой системы.

Опубликовано в Образование и наука

система отсчёта , в которой справедлив закон инерции: материальная точка, когда на неё не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. Всякая система отсчёта, движущаяся по отношению к И. с. о. поступательно, равномерно и прямолинейно, есть также И. с. о. Следовательно, теоретически может существовать сколько угодно равноправных И. с. о., обладающих тем важным свойством, что во всех таких системах законы физики одинаковы (так называемый принцип относительности). Помимо закона инерции, в любой И. с. о. справедливы также 2-й закон Ньютона (см. Ньютона законы механики ) и законы сохранения количества движения (импульса), момента количества движения и движения центра инерции (или центра масс) для замкнутых, т. е. не подверженных внешним воздействиям, систем.

Если система отсчёта движется по отношению к И. с. о. неравномерно и прямолинейно, то она является неинерциальной и ни закон инерции, ни другие названные законы в ней не выполняются. Объясняется это тем, что по отношению к неинерциальной системе отсчёта материальная точка будет иметь ускорение даже при отсутствии действующих сил вследствие ускоренного поступательного или вращательного движения самой системы отсчёта.

Понятие об И. с. о. является научной абстракцией.

Реальная система отсчёта связывается всегда с каким-нибудь конкретным телом (Землёй, корпусом корабля или самолёта и т. п.), по отношению к которому и изучается движение тех или иных объектов. Поскольку в природе нет неподвижных тел (тело, неподвижное относительно Земли, будет двигаться вместе с нею ускоренно по отношению к Солнцу и звёздам и т. д.), то любая реальная система отсчёта может рассматриваться как И. с. о. лишь с той или иной степенью приближения. С очень высокой степенью точности И. с. о. можно считать так называемую гелиоцентрическую (звёздную) систему с началом в центре Солнца (точнее, в центре масс Солнечной системы) и с осями, направленными на три звезды. Такая И. с. о. используется главным образом в задачах небесной механики и космонавтики. Для решения большинства технических задач И. с. о. практически может служить система, жестко связанная с Землёй, а в случаях, требующих большей точности (например, в гироскопии), ≈ с началом в центре Земли и осями, направленными на звёзды.

При переходе от одной И. с. о. к другой в классической механике Ньютона для пространственных координат и времени справедливы преобразования Галилея (см. Галилея принцип относительности ), а в релятивистской механике (т. е. при скоростях движения, близких к скорости света) ≈ Лоренца преобразования .

Лит. см. при статьях Система отсчета , Относительности теория .

С. М. Тарг.

Первый закон ньютона. Инерциальные системы отсчёта

За первый закон динамики поступательного движения Ньютон принял закон инерции, открытый Галилеем: тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют силы или их действие скомпенсировано.

Первый закон Ньютона выполняется не в любой системе отсчёта. Системы отсчёта, в которых применим первый закон Ньютона, называются инерциальными.

Второй закон ньютона

Пусть на одно и то же тело поочерёдно действуют разные силы. При этом оказывается, что ускорения, приобретаемые телом, будут различными. Однако отношение модуля Fсилы, приложенной к телу, к модулю ускоренияa, которым обладает тело, является величиной постоянной для всех сил. Поэтому это отношение принимают за характеристику инертных свойств тела, т.е. оно равно массе тела. Обозначив её черезm, имеем:

(11)

Сила и ускорение являются векторами. Поэтому выражение (11) перепишем в векторном виде:

(12)

Соотношение (12) носит название второго закона Ньютона:в инерциальных системах отсчёта ускорение, приобретаемое телом, пропорционально силе, действующей на него, обратно пропорционально массе тела и направлено в сторону действия силы.

Если на тело действует несколько сил, то в формуле (12) под надо понимать равнодействующую этих сил, т.е., где—отдельные силы, приложенные к телу.

Можно дать и иную формулировку второго закона Ньютона. Из уравнения (12) с учётом того, что , находим:При скоростях движения, много меньших скорости света, масса тел является практически постоянной величиной. Поэтому её вносим под знак производной:Векторную величинуназываютимпульсом (количеством движения) тела.

Учитывая это, получаем:

(13)

т.е. равнодействующая сил, действующих на тело, равна производной импульса тела по времени или изменению импульса за единицу времени.

Запишем уравнение (11) в виде F = ma. Отсюда вводится единица силы ньютон (Н). 1 Н — сила, сообщающая телу массой 1 кг ускорение 1 м/с2, т.е. 1Н=1кг1м/с2.

Третий закон ньютона

Взаимодействие тел определяется третьим законом Ньютона: в инерциальных системах отсчёта силы, с которыми взаимодействуют два тела, равны по модулю и противоположны по направлению:

(14)

где и— силы, действующие на i-е тело со стороны k-го тела и на k-ое со стороны i-го соответственно. Эти силы приложены к различным телам и всегда возникают попарно.

Мир » Реферат » Инерционная система отсчета

Инерционная система отсчета

Две системы отсчета, одна из которых движется со скоростью относительно другой Инерциальная система отсчета – система отсчета, в которой тело, на которое не действуют никакие силы, движется равномерно и прямолинейно.
Существование инерциальных систем отсчета постулируется в современной формулировке законов Ньютона.
Система отсчета, которая движется с постоянной скоростью относительно инерциальной системы, также является инерционной.
Инерционность любой реальной системы отсчета приблизительна.

Любая точка, которую можно было бы выбрать за начало системы координат, осуществляет какой неравномерное движение. Так, например, для большинства задач в земных условиях можно связать инерциальную систему отсчета с поверхностью Земли, пренебрегая вращением планеты вокруг своей оси или вокруг Солнца, однако при рассмотрении сил Кориолиса такую систему отсчета считать инерционной нельзя. Аналогично, при решении задач планетарного движения можно пренебречь вращением Солнца вокруг центра галактики.
Общая теория относительности постулирует, что все физические законы одинаковы для всех инерциальных систем отсчета.
При переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой справедливые преобразования Лоренца.
Системы отсчета, связанные с телами, движущимися неравномерно или непрямолинийно, называются неинерциальных системах отсчета.
Просмотров: 5379 Дата: 11-01-2011 Наш сайт создан для тех, кто хочет получать знания.
В нашем мире есть еще столько интересных вещей, мест, мыслей, светлых идей, о которых нужно обязательно узнать!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *