Vіі. Змістовий модуль 6 Неінерціальні системи відліку . Елементи ств Ейнштейна. Теоретичне ядро
Рух в неінерціальних системах відліку.
Неінерціальні системи відліку та їх класифікація.
Системи відліку, які рухаються рівномірно та прямолінійно відносно інерціальної системи, називаються інерціальними (ІСВ). Неінерціальними називаються системи відліку, які рухаються з прискоренням відносно інерціальної системи.
Розрізняють два типи неінерціальних систем відліку (НІСВ):
а) НІСВ, яка рухається поступального відносно ІСВ з постійним або змінним прискоренням;
б) НІСВ, яка обертається з постійною або змінною кутовою швидкістю відносно вибраної осі.
В ІСВ виконуються закони Ньютона.
Неінерціальними вважаються СВ, в яких не виконуються закони Ньютона:
а) І закон – в НІСВ тіло, на яке не діє інша сила не зберігає свій стан спокою або прямолінійного рівномірного руху.
б) ІІ закон – тіло може мати прискорення без дії на нього з боку інших тіл.
в) ІІІ закон – тіло, перебуваючи під дією деякої сили, не чинить протидії, так як немає тіла, до якого прикладена ця протидія.
Рух в нісв, що переміщується з постійним прискоренням.
Розглянемо
рух кулі у вагоні, з яким пов’язана СВ
– К',
що переміщується поступально з
прискоренням
(рис. 6.1). Проведемо дослідження в таких
випадках:
|
|
|
Рис. 6.1. |
:
спостерігач, що знаходиться в К
і К'
пояснює
спокій кульки однаковим чином:
∑
i
=
0
б) вагон рухається з прискоренням: спостерігач, що знаходиться в К і К' пояснює рух кулі по-різному: причини для зміни руху кулі немає – в нерухомій СВ – К.
в) в рухомій СВ К' – куля рухається з прискоренням а'.
Крім того прискорення тіл в рухомій СВ не залежить від маси тіла, воно однакове для всіх тіл. Система відліку К' рухається з прискоренням, взятому з протилежним знаком:
а' – прискорення, виміряне в К';
а – прискорення, виміряне в К' відносно ІСВ К.
Прискорений рух тіла (кулі) в К' можна пояснити як результат дії на кулю сили, що називається силою інерції; яку згідно ІІ закону Ньютона можна виразити:
Так як
,
то
Сили інерції та їх властивості.
Сили, що не викликаються безпосередньо взаємодією тіла одне з одним, а є результатом прискореного руху самої системи відліку, називаються силами інерції. Вони здатні проявляти динамічну та статичну дію (подібно звичайним силам Ньютона).
Отже, в системі відліку, що рухається з прискоренням на всі тіла діє сила інерції, що рівна добутку маси тіла на прискорення системи відліку, взятому з протилежним напрямом (рис. 6.2).
(6-1)
Особливості сил інерції, їх природа.
1) Вперше пояснення природи сил інерції було дано в ЗТВ Ейнштейна, де вважається, що походження сил інерції може бути пояснене взаємодією не окремих матеріальних тіл, а взаємодією даного тіла з сукупністю всіх тіл Всесвіту.
2) Сили інерції пропорційні масі тіла, на яке діє ця сила і це споріднює її з силою тяжіння, тому вона, як і сила тяжіння, відноситься до категорії масових сил, які діють на кожний елемент тіла.
= m
3) Хоча сили інерції і не мають безпосереднього матеріального джерела, вони цілком реальні. Вони проявляються як в динамічних, так і статичних ефектах.
Сили інерції, як і звичайні сили Ньютона, можуть викликати деформацію тіл, відхилення рухомих тіл від вертикалі. Сили інерції виконують все те, що виконують звичайні сили.
|
|
|
Рис. 6.2. |
