Контрольные вопросы:

1. Что такое инерциальная система отсчета?

2. Можно ли с поверхностью Земли связывать ИСО?

3. Изложите первый закон Ньютона.

4. Что такое сила, масса и импульс тела?

5. Изложите второй закон Ньютона.

6. Изложите третий закон Ньютона.

Неинерциальные системы отсчета. Сила инерции. Центробежная сила. Сила Кориолиса

Системы отсчета, движущиеся относительно ИСО с ускорением, называются неинерциальными (НИСО). В них, строго говоря, законы Ньютона несправедливы. Однако законы Ньютона можно применить и для них, если кроме сил, обусловленных воздействием тел друг на друга, ввести в рассмотрение силы особого рода — так называемые силы инерции.

В этом случае второй закон Ньютона в любой системе отсчета ( -сила, обусловленная воздействием тел друг на друга;

-сила инерции). (где - ускорение)

Силы инерции обусловлены ускоренным движением системы отсчета.

1. Сила инерции при ускоренном поступательном движении со.

Если тележку привести в поступательное движение с ускорением (Рисунок 12), то нить будет отклоняться от вертикали на угол a, пока результирующая сила не обеспечит ускорение шарика, равное .

Рисунок 9. Силы инерции при поступательном движении СО

Здесь - сила натяжения нити. Модуль силы:

. Отсюда .

Относительно системы отсчета, связанной с тележкой, шарик покоится. Это означает, что сила уравновешивается равной ей и противоположно направленной силой инерции .

2. Сила инерции, действующая на тело, покоящееся во вращающейся со.

П

Рисунок 10. Сила инерции во вращающейся СО

усть диск, на котором расположен маятник (Рисунок 13), равномерно вращается с угловой скоростью  ( = const). При вращении нить отклонится от вертикали на угол . В ИСО (в помещении, где установлен маятник) шарик равномерно вращается по окружности. Следовательно, на него действует сила , направленная перпендикулярно оси вращения диска. Она является равнодействующей силы тяжести и силы натяжения нити : .

Когда движение шарика установится:

Относительно системы отсчета, связанной с вращающимся диском, шарик покоится. Это возможно, если сила уравновешена равной и противоположно направленной центробежной силой инерции F_ц.

Она направлена по горизонтали от оси вращения диска.

. действует во вращающейся системе отсчета на все тела. Эта сила, складываясь с силой тяготения , меняет направление результирующей силы (Рисунок 11).

С

Рисунок 11. Действие центробежной силы инерции на неподвижные тела на поверхности Земли

ила не направлена к центру Земли. =0,0018 рад. на экваторе максимальна, а на полюсах равна 0, т.к. R=0. Из-за действия центробежной силы величина ускорения свободного падения изменяется от 9,78м/с² на экваторе до9,832 м/с² на полюсах.

1. Сила инерции, действующая на тело, движущееся поступательно во вращающейся со.

В этом случае, кроме , на тело будет действовать сила Кориолиса (Рисунок 15).

Рисунок 12. Действие силы Кориолиса

Если из точки О покатить шарик по не вращающемуся диску с постоянной скорость , то движение его будет прямолинейным и он попадет в точку А (рисунок 15а). Если вращать диск, то шарик отклонится от прямой линии и попадет в точку В. Если шарик покатить по желобу (рисунок 15б), то на него со стороны желоба будет действовать сила . Относительно диска он будет двигаться равномерно и прямолинейно. Это значит, что сила уравновешивается приложенной к шарику кориолисовой силой инерции , перпендикулярной скорости . перпендикулярна и .

Таким образом, основной закон динамики для НИСО:

В НИСО не выполняются законы сохранения импульса, энергии и момента импульса.