Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
кол фізика.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
04.12.2018
Размер:
3.14 Mб
Скачать

13.Інерціальні системи відліку і перший закон Ньютона.

Поняття про інерціальну систему відліку відоме з курсу загальної фізики. Інерціальною є система, в якій дотримується закон інерції: ізольована матеріальна крапка, тобто що не взаємодіє з якими-небудь матеріальними об'єктами, знаходиться в стані спокою або рівномірного прямолінійного руху. Оскільки закон інерції виконується не у всіх системах, то формулювання його дають і по-іншому: у природі існують системи відліку, в яких ізольована матеріальна крапка знаходиться в стані спокою або рівномірного прямолінійного руху. Такі системи називаються інерціальними.

Закон інерції називають також першим законом Ньютона. Але при цьому слід мати на увазі, що сам Ньютон дав декілька інше формулювання першого закону.

З формулювання закону виходить, що в інерціальних системах тіло, що не взаємодіє з чим-небудь, рухається без прискорення. Що ж до тіл, схильних до взаємодії, то вони можуть рухатися прискорено. Кожне прискорення обумовлене взаємодією даного тіла з іншими тілами, дією на нього інших тіл.

Поняття інерціальної системи є ідеалізацією, оскільки в реальних системах не кожне прискорення руху матеріальної крапки вдається віднести до взаємодій з іншими тілами. Наприклад, якщо прискорення вільного падіння на Землі g = 980 см/с2 відносять до тяжіння тіл Землею, та зміна цього прискорення від екватора до полюса, що має порядок 1 см/с2, однією зміною тяжіння залежно від широти місця на Землі не пояснюється, воно зв'язане і з обертанням Землі. Можливість заміни тієї або іншої реальної системи моделлю - інерціальною системою визначається велічиной взаємодій, що вивчаються, і ступенем точності вимірювань.

Так, система відліку, пов'язана із Землею, не є інерціальною: у ній має місце прискорення, обумовлене обертанням Землі, а не дією інших тіл на дане рухоме тіло. Проте якщо це прискорення мале в порівнянні з прискореннями, викликаними взаємодією з тілами, то Землю приймають за інерціальну систему. З високим ступенем точності інерціальною є інша реальна система відліку - геліоцентрична; центр її слід сумістити з центром Сонця, а осі тієї або іншої системи координат направити на віддалені (нерухомі) зірки. У цій системі вивчається взаємний рух Сонця і планет, космічних кораблів і станцій.

14.Сила і маса. Другий Закон Ньютона

Кількісну характеристику сили можна встановити по величині прискорення, що викликається нею, постулювавши залежність між силою і прискоренням: сила, що діє на матеріальну крапку, пропорційна тому, що додається крапці прискоренню:

де - коефіцієнт пропорційності.

Вибираючи тепер деяке тіло як еталон, використовуваний для вимірювання сили, і вибираючи деяку силу як одиничної, встановлюємо, вимірюючи викликане прискорення, величину і розмірність

Далі, маючи в своєму розпорядженні еталонне тіло з відомим , вимірюємо за допомогою формули (1) будь-які сили.

Силу вважають пропорційною абсолютному подовженню при пружній деформації і направленою по напряму вектора подовження:

Вибираючи деяке пружне тіло (пружину) за еталонне і вибираючи деяку силу як одиничної, встановлюємо значення і його розмірність:

Після цього виявляється можливим зміряти будь-яку силу за допомогою даного пружного еталону по формулі (2). Одиниці сили тут будуть іншими, ніж при вимірюванні по (1).

При вимірюванні сил через прискорення спираються на динамічний прояв сили, а коли вимірюють силу по деформації - на статичне

Отже, сила є векторна фізична величина, що характеризує дію на тіло інших тіл, внаслідок чого тіло отримує прискорення або деформується.

Векторний характер сили тісно пов'язаний з правилами складання декількох сил, що одночасно діють на тіло, тобто із заміною декількох сил одній, що викликає те ж фізична дія, що і декілька початкових. Сила - вектор, оскільки сили складаються як геометричні вектори.

Величини прискорень, що отримуються різними матеріальними точками під дією однієї і тієї ж сили, різні. Мірою інертності матеріальної точки є її маса. Визначимо інертну масу, постулювавши залежність прискорення при деякій вибраній силі F від маси :

. (3)

Для двох тіл, що випробовують дію однієї і тієї ж сили, отримаємо:.(4)

Маси матеріальних крапок назад пропорційні модулям прискорень, що отримуються крапками під дією однієї і тієї ж сили.

Вибираючи еталон маси, за допомогою формули (4) виявляється можливим вимірювати масу тіл. Вважаючи в (4) = 1 oд. маси, отримуємо:

т2 = 1 oд. масси:

У правомірності постульованої залежності (3) переконує розповсюдження її на будь-які сили; при визначенні маси фіксувалася деяка постійна сила, досвід же показує, що при дії будь-якої іншої сили на тіла із зміряною раніше масою зворотна пропорційність прискорення і маси виконується. Співвідношення (4) тому справедливо для будь-якої сили. Такий перший спосіб вимірювання маси - порівняння прискорень. Зміряна цим способом маса носить назву інертної.

Існує і другий спосіб вимірювання маси - зважування тіл. Тут порівняння маси тіла з масою еталонів - гирь - проводиться шляхом порівняння сил тяжіння тіл до Землі. По суті вимірюється не інертна маса, а інша величина - важка маса. Проте рівність інертною і важкою мас (при одному й тому ж виборі одиниць) в даний час експериментально встановлено з високим ступенем точності.

Повернемося до залежності (3). Ця залежність між величинами F, m і а є одним з найважливіших законів природи і носить назву другого закону Ньютона.