Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
17
Добавлен:
07.02.2016
Размер:
688.64 Кб
Скачать

Херсонський державний технічний університет

Кафедра загальної та прикладної фізики

МЕХАНІКА НЕІНЕРЦІАЛЬНИХ СИСТЕМ ВІДЛІКУ

Лекція 1.11.

1.11 МЕХАНІКА НЕІНЕРЦІАЛЬНИХ СИСТЕМ ВІДЛІКУ

  1. АБСОЛЮТНИЙ І ВІДНОСНИЙ РУХ

  1. ЗАКОН ДИНАМІКИ ТОЧКИ У НЕІНЕРЦІАЛЬНИХ СИСТЕМАХ ВІДЛІКУ

  1. СИЛИ ІНЕРЦІЇ ТА ЇХ ВИДИ

  1. ЗАГАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ СИЛ ІНЕРЦІЇ В НІСВ

  • Абсолютний і відносний рух

Механічний рух відносний. Підручники визначають його як зміну положення тіла (або його найпростішої абстрактної моделі – матеріальної точки) відносно інших тіл (тіл відліку), з якими жорстко зв’язана система координат та прилади для вимірювання інтервалів часу, що дозволяє ввести поняття положення тіла і його зміну з часом у процесі руху. Сукупність тіла відліку, зв’язаної з ним системи координат і приладів для вимірювання інтервалів часу визначає систему відліку (СВ) – одне із головних понять механіки.

Творці механіки ще у час встановлення основних її понять та співвідношень провели порівняння можливих СВ. Г.Галілей довів еквівалентність СВ, зв’язаної з поверхнею Землі (чи з тілом, яке нерухоме відносно поверхні Землі), і системи відліку, яка зв’язана з будь-яким тілом у стані рівномірного і прямолінійного руху по воді чи суходолі: усі механічні процеси та явища відбуваються однаково у всіх інерціальних системах відліку. Це важливе відкриття Г.Галілея відоме під назвою “принцип відносності Галілея” і звичайно формулюється так: Ніякі механічні експерименти і досліди не можуть виявити рівномірного і прямолінійного руху даної системи відліку, якщо вони проведені всередині цієї системи відліку.

І.Ньютон, досліджуючи взаємозв’язок сил і кінематичних характеристик руху тіл під їх дією, встановив, що “Галілеєві” системи відліку (ті, які рухаються без прискорень, прямолінійно і рівномірно), мають відчутні переваги перед будь-якими іншими СВ не лише своєю повною тотожністю у застосуванні для вивчення механічних явищ, але й тим, що у цих СВ єдиною причиною змін у русі тіл (змін їх імпульсу) є фізична взаємодія між тілами, яка характеризується силами. Підвішене не нитці тіло зберігатиме у “галілеєвому вітрильнику” стан спокою до того часу, доки якась горизонтальна сила (поштовх руки, протяг з відкритого ілюмінатора) не надасть йому горизонтального прискорення і не виведе зі стійкого початкового положення рівноваги.

Зовсім інакше поводить себе тіло на вертикальному підвісі у каюті корабля під час морської бурі. Воно рухається прискорено, змінюючи своє положення відносно приміщення без жодних протягів або інших горизонтальних сил з боку оточуючих тіл. Причина такої поведінки – прискорений рух самої системи відліку (каюти корабля). Отже, у прискореній системі відліку нерівномірний рух вільного тіла спостерігається без взаємодії з оточуючими тілами, зміни руху викликаються не тільки силами, але й прискореним рухом самої системи відліку.

Дотримуючись поглядів І.Ньютона, інерціальною системою відліку (ІСВ) вважають таку СВ, у якій єдиною причиною виникнення прискорення матеріальної точки чи тіла є силова дія оточуючих тіл.

Отже, вільна точка рухається відносно ІСВ рівномірно і прямолінійно або зберігає стан спокою, у таких системах відліку виконується перший закон динаміки Ньютона. Повний клас усіх ІСВ можна одержати з даної інерціальної системи відліку зсувами її початку відліку, поворотами осей координат або рівномірним поступальним рухом системи координат (з допомогою групи перетворень Галілея).

Усі ІСВ рівноправні та еквівалентні, у них строго виконуються не тільки закони динаміки Ньютона, але й закони збереження імпульсу, моменту імпульсу та механічної енергії. В інерціальних системах відліку можуть існувати замкнені системи тіл, центр їх мас рухається без прискорення.

Неінерціальні системи відліку (НІСВ) визначають як таку систему відліку, яка зв’язана з тілом, що здійснює прискорений рух (нерівномірний поступальний, рівномірний чи нерівномірний обертальний тощо). Найважливіша механічна особливість НІСВ полягає у тому, що у них вільне тіло матиме прискорення, яке не викликане його взаємодією з оточуючими тілами. Отже, у НІСВ не виконуються закони динаміки і закони збереження.

І.Ньютон розумів, що пов’язана з поверхнею Землі система відліку неінерціальна, бо здійснює кілька прискорених рухів. Для частини з них він обчислив прискорення: добове обертання Землі навколо власної осі спричинює прискорення точок її поверхні на географічній широті Києва біля , а прискорення усіх точок Землі внаслідок руху навколо Сонця майже уп’ятеро менше. Про особливості руху центра мас Сонця І.Ньютон не мав точних даних, але цілком слушно припускав, що і він може рухатися прискорено.

Насправді інерціальних систем відліку не існує жодної. Поняття ІСВ – це певна абстракція, реальні системи відліку можуть наближатися до неї, але не можуть ототожнюватись із нею. Отже, чим більша маса тіла відліку, тим менше його прискорення, тим менша різниця між зв’язаною з цим тілом реальною системою відліку та ідеальним поняттям інерціальної системи. З доступних для використання у фізиці систем відліку найближчою до ІСВ є геліоцентрична система відліку, початок якої розташований у центрі мас Сонця.