11_Neinertsialnye_sistemy_otschyota_Sily_inertsii_Sila_Kariolisa

Неинерциальные системы отсчёта. Силы инерции. Сила Кариолиса.

Неинерциа́льная систе́ма отсчёта — система отсчёта, движущаяся с ускорением или поворачивающаяся относительно инерциальной. Второй закон Ньютона не выполняется в неинерциальных системах отсчёта. Для того чтобы уравнение движения материальной точки в неинерциальной системе отсчёта по форме совпадало с уравнением второго закона Ньютона, дополнительно к «обычным» силам, действующим в инерциальных системах, вводят силы инерции.

Классическая механика постулирует следующие два принципа:

1. время абсолютно, то есть промежутки времени между любыми двумя событиями одинаковы во всех произвольно движущихся системах отсчёта;

2. пространство абсолютно, то есть расстояние между двумя любыми материальными точками одинаково во всех произвольно движущихся системах отсчёта.

Эти два принципа позволяют записывать уравнение движения материальной точки относительно любой неинерциальной системы отсчёта, в которой не выполняется первый закон Ньютона.

Сила инерции – векторная физическая величина, значение которой является произведением массы (m) перемещающегося тела на его ускорение (-a). Вектор направлен встречно ускорению, а само ускорение не зависит от силы, поэтому перед а стоит «-»:

F = m*(-a).

Физика и механика предлагают два названия для подобного воздействия: кориолисова и переносная сила инерции. Оба термина равнозначны. Отличие в том, что первый вариант общепризнан и используется в курсе механики. Другими словами, справедливо равенство:

F kor = F per = m*(-a kor) = m*(-a per),

где F kor - кориолисова сила; F per – переносная сила инерции; a kor и a per – соответствующие векторы ускорения.

Переносная сила инерции включает в себя три составляющих: центробежная сила инерции, поступательная и вращательная силы инерции. Если с первой обычно сложностей не возникает, то другие две требуют пояснения. Поступательная сила инерции определяется ускорением всей системы в целом относительно какой-либо инерциальной системы при поступательной разновидности движения. Соответственно, третья составляющая возникает из-за ускорения, появляющегося при вращении тела. В то же время, данные три силы могут существовать и независимо, не являясь частью ПСИ. Все они представлены одной и той же основной формулой F = m*a, а различия лишь в типе ускорения, которое, в свою очередь, зависит от разновидности движения. Таким образом, они являются частным случаем кориолисовой силы инерции.

F kor всегда лежит в плоскости, перпендикулярной к оси вращения. Сила Кориолиса возникает только в случае, когда тело изменяет свое положение по отношению к вращающейся системе отсчета.

Если тело удаляется от оси вращения, то F kor направлена противоположно вращению и замедляет его.

Если тело приближается к оси вращения, то F kor направлена в сторону вращения.

С учетом всех сил инерции, уравнение Ньютона для неинерциальной системы отсчета примет вид:

- сила инерции, обусловленная поступательным движением неинерциальной системы отсчета; - две силы инерции, обусловленные вращательным движением системы отсчета; - ускорение тела относительно неинерциальной системы отсчета: