Muinaiset filosofit yrittivät ymmärtää liikkeen olemusta,paljastaa tähtien ja auringon vaikutuksen ihmiseen. Lisäksi ihmiset ovat aina yrittäneet tunnistaa voimat, jotka vaikuttavat aineelliseen pisteeseen sen liikkumisprosessissa sekä lepohetkellä.
Aristoteles uskoi, että liikkeen puuttuessa mikään voima ei vaikuta kehoon. Yritetään selvittää, mitä viitekehyksiä kutsutaan inertiaaleiksi, annamme niistä esimerkkejä.
Lepotila
Arkielämässä sellaista on vaikea tunnistaa.kunto. Melkein kaikissa mekaanisissa liikkeissä oletetaan ulkopuolisten voimien läsnäoloa. Syynä on kitkavoima, joka estää monia esineitä lähtemästä alkuperäisestä asennostaan poistumasta lepotilasta.
Tarkastellaan esimerkkejä inertiajärjestelmästälaskettaessa huomaamme, että ne kaikki vastaavat 1 Newtonin lakia. Vasta sen löytämisen jälkeen oli mahdollista selittää lepotila, osoittaa voimat, jotka vaikuttavat tässä tilassa kehoon.
Newtonin lain muoto 1
Nykyaikaisessa tulkinnassa hän selittääkoordinaattijärjestelmien olemassaolo, joihin nähden voidaan katsoa aineelliseen pisteeseen vaikuttavien ulkoisten voimien puuttumista. Newtonin näkökulmasta inertiaaliset viitekehykset ovat sellaisia, joiden avulla voimme harkita kappaleen nopeuden säilymistä pitkään.
määritellä
Mitkä viitekehykset ovat inertiaalisia?Esimerkkejä niistä tutkitaan koulun fysiikan kurssilla. Tällaisia vertailukehyksiä pidetään inertiaaleina, joihin nähden materiaalipiste liikkuu vakionopeudella. Newton selvensi, että mikä tahansa kappale voi olla samanlaisessa tilassa niin kauan kuin siihen ei tarvitse kohdistaa voimia, jotka voivat muuttaa sellaista tilaa.
Todellisuudessa hitauslaki ei täyty kaikessatapauksia. Analysoitaessa esimerkkejä inertia- ja ei-inertiaalisista vertailujärjestelmistä, harkitse henkilöä, joka pitää kiinni kaideista liikkuvassa ajoneuvossa. Auton terävällä jarrutuksella henkilö liikkuu automaattisesti suhteessa ajoneuvoon ulkoisen voiman puuttumisesta huolimatta.
Osoittautuu, että kaikki esimerkit inertiastaviitekehykset vastaavat Newtonin lain formulaatiota 1. Hitauslain selventämiseksi otettiin käyttöön viitekehysten tarkennettu määritelmä, jossa se suoritetaan virheettömästi.
Viitejärjestelmien tyypit
Mitä vertailukehyksiä kutsutaan inertiaaleiksi?Se selviää pian. "Anna esimerkkejä inertiavertailujärjestelmistä, joissa 1 Newtonin laki täyttyy" - samanlainen tehtävä tarjotaan koululaisille, jotka valitsivat fysiikan kokeeksi yhdeksännellä luokalla. Tehtävän hoitamiseksi tarvitaan käsitys inertiaalisista ja ei-inertiaalisista viitekehyksestä.
Inertiaan kuuluu pysyä rauhallisena taikehon tasainen suoraviivainen liike niin kauan kuin keho on eristetty. Kehot, jotka eivät ole yhteydessä toisiinsa, eivät ole vuorovaikutuksessa ja ovat kaukana toisistaan, katsotaan "eristetyiksi".
Harkitse joitakin esimerkkejä inertiajärjestelmästälähtölaskenta. Jos tarkastelemme vertailukehyksenä galaksissa olevaa tähteä, ei liikkuvaa linja-autoa, kaiteista pitävien matkustajien hitauslain täyttyminen olisi virheetöntä.
Jarrutuksen aikana tämä ajoneuvo jatkaa liikkumista suorassa linjassa, kunnes muut ruumiit vaikuttavat siihen.
Mitä esimerkkejä inertiavertailujärjestelmästä voidaan antaa? Niillä ei pitäisi olla mitään yhteyttä analysoitavaan kehoon, vaikuttaa sen inertiaan.
Tällaisissa järjestelmissä yksi laki täyttyyNewton. Todellisessa elämässä on vaikeaa ottaa huomioon kehon liikettä suhteessa inertiaalisiin vertailukehyksiin. On mahdotonta päästä kaukaiseen tähteen suorittaakseen siitä maallisia kokeita.
Maata pidetään ehdollisena vertailujärjestelmänä huolimatta siitä, että se liittyy siihen asetettuihin esineisiin.
Laske inertiakiihtyvyysreferenssi on mahdollista, jos tarkastellaan Maan pintaa vertailukehyksenä. Fysiikassa ei ole matemaattista kirjaa 1 Newtonin laista, mutta hän on se, joka on perustana monille fysikaalisille määritelmille ja termeille.
Esimerkkejä inertiavertailujärjestelmistä
Koululaisten on joskus vaikea ymmärtää fyysistäilmiöitä. Yhdeksäsluokkalaisille tarjotaan tehtävä, jonka sisältö on seuraava: ”Mitä viitekehystä kutsutaan inertiaksi? Anna esimerkkejä tällaisista järjestelmistä." Oletetaan, että kärry, jossa on pallo, liikkuu aluksi tasaisella pinnalla tasaisella nopeudella. Lisäksi se liikkuu hiekkaa pitkin, minkä seurauksena pallo asetetaan kiihdytettyyn liikkeeseen huolimatta siitä, että siihen ei vaikuta muita voimia (niiden kokonaisvaikutus on nolla).
Tapahtuman olemus voidaan selittää sillä, että aikanaliikkuessaan hiekkaista pintaa pitkin järjestelmä lakkaa olemasta inertiaalinen, sillä on vakionopeus. Esimerkit inertiaalisista ja ei-inertiaalisista viitekehyksestä osoittavat, että tietyssä ajassa niiden siirtyminen tapahtuu.
Kun kori kiihtyy, sen kiihtyvyydellä on positiivinen arvo, ja jarrutettaessa tämä ilmaisin muuttuu negatiiviseksi.
Kaareva liike
Maan liike suhteessa tähtiin ja aurinkoonsuoritetaan kaarevaa liikerataa pitkin, joka on ellipsin muotoinen. Vertailukehystä, jossa keskus on linjassa Auringon kanssa ja akselit on suunnattu tiettyihin tähtiin, pidetään inertiana.
Huomaa, että mikä tahansa viitekehysliikkuu suoraviivaisesti ja tasaisesti suhteessa heliosentriseen järjestelmään, on inertia. Kaareva liike suoritetaan jollain kiihtyvyydellä.
Ottaen huomioon sen tosiasian, että maapallo on liikkeessäakselinsa ympärillä sen pintaan liittyvä vertailukehys liikkuu heliosentriseen nähden jollain kiihtyvyydellä. Tällaisessa tilanteessa voidaan päätellä, että Maan pintaan liittyvä vertailukehys liikkuu kiihtyvyydellä suhteessa heliosentriseen, joten sitä ei voida pitää inertiana. Mutta tällaisen järjestelmän kiihtyvyyden arvo on niin pieni, että monissa tapauksissa se vaikuttaa merkittävästi siihen nähden tarkasteltavien mekaanisten ilmiöiden erityispiirteisiin.
Teknisluonteisten käytännön ongelmien ratkaisemiseksi on tapana pitää Maan pintaan jäykästi liittyvää viitekehystä inertiana.
Galileon suhteellisuusteoria
Kaikilla inertiavertailujärjestelmillä on tärkeä merkitysominaisuus, jota kuvaa suhteellisuusperiaate. Sen olemus on siinä, että mikä tahansa mekaaninen ilmiö samoissa alkuolosuhteissa suoritetaan samalla tavalla valitusta viitekehyksestä riippumatta.
ISO:n tasa-arvo suhteellisuusperiaatteen perusteella ilmaistaan seuraavissa säännöksissä:
- Tällaisissa järjestelmissä mekaniikan lait ovat samat, joten mikä tahansa niiden kuvaama yhtälö ilmaistaan koordinaatteina ja ajassa, pysyy muuttumattomana.
- Meneillään olevien mekaanisten kokeiden tuloksetavulla voit määrittää, onko vertailukehys levossa vai tekeekö se suoraviivaista tasaista liikettä. Mikä tahansa järjestelmä voidaan ehdollisesti tunnistaa liikkumattomaksi, jos toinen liikkuu suhteessa siihen tietyllä nopeudella.
- Mekaniikan yhtälöt pysyvät muuttumattominasuhteessa koordinaattimuunnoksiin, kun kyseessä on siirtymä järjestelmästä toiseen. Sama ilmiö on mahdollista kuvata eri systeemeissä, mutta niiden fyysinen luonne ei muutu.
Ongelmien ratkaiseminen
Ensimmäinen esimerkki.
Selvitä, onko inertiavertailujärjestelmä: a) Maan keinotekoinen satelliitti; b) lasten vetovoima.
Vastaus. Ensimmäisessä tapauksessa ei ole kysymys inertiastavertailukehys, koska satelliitti liikkuu kiertoradalla painovoiman vaikutuksen alaisena, liike tapahtuu siten jollain kiihtyvyydellä.
Vetovoimaa ei myöskään voida pitää inertiajärjestelmänä, koska sen pyörimisliike tapahtuu jollain kiihtyvyydellä.
Toinen esimerkki.
Raportointijärjestelmä on kiinteästi kytketty hissiin.Missä tilanteissa sitä voidaan kutsua inertiaksi? Jos hissi: a) putoaa alas; b) liikkuu tasaisesti ylöspäin; c) nousee nopeasti; d) laskee tasaisesti.
Vastaus. a) Vapaan pudotuksen aikana ilmaantuu kiihtyvyys, joten hissiin liittyvä vertailukehys ei ole inertiaalinen.
b) Hissin tasaisella liikkeellä järjestelmä on inertiaalinen.
c) Kun liikutaan jollakin kiihtyvyydellä, vertailukehystä pidetään inertiana.
d) Hissi liikkuu hitaasti, sillä on negatiivinen kiihtyvyys, joten vertailukehystä ei voida kutsua inertiaksi.
johtopäätös
Koko olemassaolonsa ajanihmiskunta yrittää ymmärtää luonnossa esiintyviä ilmiöitä. Galileo Galilei yritti selittää liikkeen suhteellisuutta. Isaac Newton pystyi johtamaan hitauslain, jota alettiin käyttää pääpostulaattina suoritettaessa mekaniikan laskelmia.
Tällä hetkellä paikannusjärjestelmässäkehot sisältävät kehon, ajoituslaitteen ja koordinaattijärjestelmän. Riippuen siitä, onko ruumis liikkuva vai liikkumaton, on mahdollista karakterisoida tietyn esineen sijainti vaaditussa ajassa.
