6. Неинерциальные системы отсчёта.

Неинерциальные системы отсчёта, привести примеры. Сила инерции, сила Кориолиса. Уравнение движения в неинерциальных системах отсчёта. Принцип эквивалентности. Границы применимости Ньютоновской механики.

Неинерциальные системы отсчёта, привести примеры. Система отсчета, в которой наблюдается ускорение движения тел, при отсутствии действия на них сил других тел. Неинерциальная система – система отсчёта, которая ускоряется, замедляется или вращается относительно инерциальной. Например: Карусель, которая вращается относительно стоящего за её приделами человека, является неинерциальной системой отсчёта.

Сила инерции, сила Кориолиса. Силы инерции — силы, обусловленные ускоренным движением неинерциальной системы отсчета (НСО) относительно инерциальной системы отсчета (ИСО). Основной закон динамики для неинерциальных систем отсчета:  , где

- сила, действующая на тело со стороны других тел;

- сила инерции, действующая на тело относительно поступательно движущейся НСО.  - ускорение НСО относительно ИСО. Она появляется, например, в самолете при разгоне на взлетной полосе;

— центробежная сила инерции, действующая на тело относительно вращающейся НСО.  - угловая скорость НСО относительно ИСО,  - расстояние от тела до центра вращения;

  — кориолисова сила инерции, действующая на тело, движущееся со скоростью   относительно вращающейся НСО.  - угловая скорость НСО относительно ИСО (вектор направлен вдоль оси вращения в соответствии с правилом правого винта).

Сила Кориолиса, действующая на материальную точку в неинерциальной системе отчёта, вызывает ускорение точки, равное ускорению Кориолиса, взятому со знаком минус.

Если вращение происходит по часовой стрелке, то двигающееся от центра вращения тело будет стремиться сойти с радиуса влево. Если вращение происходит против часовой стрелки — то вправо.

Сила Кориолиса определяет направление вращения вихрей циклонов, которые мы наблюдаем на снимках, полученных с метеоспутников. Изначально воздушные массы начинают прямолинейно устремляться из областей высокого атмосферного давления в области пониженного атмосферного давления, однако сила Кориолиса заставляет их закручиваться по спирали. (С тем же успехом можно утверждать, что воздушные потоки продолжают двигаться прямолинейно, но, поскольку Земля под ними поворачивается, нам, находящимся на поверхности планеты, кажется, что они движутся по спирали.). В Северном и Южном полушариях сила Кориолиса действует на движущееся тело в прямо противоположных направлениях. Именно поэтому в Северном полушарии вихри циклонов кажутся закрученными против часовой стрелки, а в Южном — по часовой стрелке.

Уравнение движения в неинерциальных системах отсчёта. При рассмотрении уравнений движения тела в неинерциальной системе отсчета необходимо учитывать дополнительные силы инерции. Законы Ньютона выполняются только в инерциальных системах отсчёта. Для того чтобы найти уравнение движения в неинерциальной системе отсчёта, нужно знать законы преобразования сил и ускорений при переходе от инерциальной системы к любой неинерциальной. Основное уравнение динамики относительного движения материальной точки имеет вид: где m - масса тела,  -ускорение тела относительно неинерциальной системы отсчёта,  - сумма всех внешних сил, действующих на тело,  - переносное ускорение тела,  - кориолисово ускорение тела.

П ринцип эквивалентности. Силы гравитационного взаимодействия пропорциональны гравитационной массе тела, силы инерции же пропорциональны инертной массе тела. Если инертная и гравитационная массы равны, то невозможно отличить, какая сила действует на данное достаточно малое тело — гравитационная или сила инерции Однородное гравитационное поле эквивалентно постоянному ускорению.

Границы применимости Ньютоновской механики.

1. выполняются только в инерциальных системах отсчета

2. неприменимы к явлениям микромира

3. нельзя применить для объектов, скорость движения которых сравнима со скоростью света