Drevni filozofi pokušavali su razumjeti bit kretanja, otkriti utjecaj zvijezda i Sunca na čovjeka. Osim toga, ljudi su uvijek pokušavali identificirati sile koje djeluju na materijalnu točku u procesu njenog kretanja, kao iu trenutku mirovanja.
Aristotel je vjerovao da u nedostatku pokreta na tijelo ne utječu nikakve sile. Pokušajmo saznati koji se referentni okviri nazivaju inercijskim, navest ćemo njihove primjere.
Stanje mirovanja
U svakodnevnom životu teško je otkriti takvo stanje. U gotovo svim vrstama mehaničkog kretanja pretpostavlja se prisutnost stranih sila. Razlog je sila trenja, koja ne dopušta mnogim objektima da napuste svoj prvobitni položaj, da napuste stanje mirovanja.
Uzimajući u obzir primjere inercijalnih referentnih sustava, primjećujemo da svi oni odgovaraju Newtonovom 1. zakonu. Tek nakon njegovog otkrića bilo je moguće objasniti stanje mirovanja, naznačiti sile koje u tom stanju djeluju na tijelo.
Formulacija Newtonovog 1. zakona
U modernoj interpretaciji, on objašnjava postojanje koordinatnih sustava, u odnosu na koje se može smatrati odsutnost vanjskih sila koje djeluju na materijalnu točku. S Newtonove točke gledišta, referentni sustavi se nazivaju inercijski, što nam omogućuje razmatranje očuvanja brzine tijela tijekom dugog vremena.
Definicije
Koji su referentni okviri inercijalni? Primjeri njih proučavaju se u školskom kolegiju fizike. Inercijskim referentnim sustavima smatraju se oni u odnosu na koje se materijalna točka kreće konstantnom brzinom. Newton je pojasnio da svako tijelo može biti u sličnom stanju sve dok na njega nema potrebe primjenjivati sile koje mogu promijeniti takvo stanje.
U stvarnosti, zakon inercije nije ispunjen u svim slučajevima. Analizirajući primjere inercijskih i neinercijalnih referentnih okvira, razmotrite osobu koja se drži za rukohvate u vozilu u pokretu. Kada automobil naglo koči, osoba se automatski pomiče u odnosu na vozilo, unatoč odsustvu vanjske sile.
Ispostavilo se da svi primjeri inercijalnog referentnog okvira ne odgovaraju formulaciji 1 Newtonovog zakona. Kako bi se razjasnio zakon inercije, uvedena je rafinirana definicija referentnih sustava u kojoj je on besprijekorno ispunjen.
Vrste referentnih sustava
Koji se referentni sustavi nazivaju inercijskim? Uskoro će biti jasno. "Navedite primjere inercijskih referentnih sustava u kojima je zadovoljen 1 Newtonov zakon" -sličan zadatak nudi se i školarcima koji su za ispit u devetom razredu odabrali fiziku. Da biste se nosili sa zadatkom, potrebno je imati ideju o inercijalnim i neinercijalnim referentnim okvirima.
Inercija uključuje očuvanje mirovanja ili jednoliko pravolinijsko gibanje tijela sve dok je tijelo u izolaciji. "Izolirana" tijela su ona koja nisu povezana, nisu u interakciji, uklonjena su jedno od drugog.
Razmotrimo neke primjere inercijalnog referentnog okvira. Uz pretpostavku zvijezde u galaksiji kao referentnog okvira, a ne autobusa u pokretu, provedba zakona inercije za putnike koji se drže za tračnice bit će besprijekorna.
Tijekom kočenja, ovo će se vozilo nastaviti kretati ravnomjerno sve dok na njega ne utječu druga tijela.
Koje primjere inercijalnog referentnog okvira možete dati? Oni ne bi trebali imati vezu s analiziranim tijelom, utjecati na njegovu inerciju.
Za takve je sustave ispunjen Newtonov 1. zakon. U stvarnom životu, teško je razmotriti kretanje tijela u odnosu na inercijalne referentne okvire. Nemoguće je doći do udaljene zvijezde kako bi se s nje izvodili zemaljski eksperimenti.
Zemlja je prihvaćena kao uvjetni referentni sustav, unatoč činjenici da je povezana s objektima koji se nalaze na njoj.
Moguće je izračunati akceleraciju u inercijskom referentnom okviru ako uzmemo u obzir površinu Zemlje kao referentni okvir. U fizici ne postoji matematički zapis o Newtonovom 1. zakonu, ali on je temelj zaizvođenje mnogih fizičkih definicija i pojmova.
Primjeri inercijskih referentnih okvira
Učenicima škole ponekad je teško razumjeti fizičke pojave. Učenicima devetih razreda nudi se zadatak sljedećeg sadržaja: „Koji se referentni okviri nazivaju inercijskim? Navedite primjere takvih sustava. Pretpostavimo da se kolica s loptom u početku kreću po ravnoj površini konstantnom brzinom. Zatim se kreće po pijesku, kao rezultat toga, lopta se ubrzano kreće, unatoč činjenici da na nju ne djeluju nikakve druge sile (njihov ukupni učinak je nula).
Suština onoga što se događa može se objasniti činjenicom da dok se kreće po pješčanoj površini, sustav prestaje biti inercijalan, ima konstantnu brzinu. Primjeri inercijskih i neinercijalnih referentnih okvira ukazuju na to da se njihov prijelaz događa u određenom vremenskom razdoblju.
Kada tijelo ubrzava, njegovo ubrzanje ima pozitivnu vrijednost, a pri kočenju ova brojka postaje negativna.
Krivolinijsko kretanje
U odnosu na zvijezde i Sunce, kretanje Zemlje se odvija po krivolinijskoj putanji, koja ima oblik elipse. Taj referentni okvir, u kojem je središte poravnato sa Suncem, a osi usmjerene prema određenim zvijezdama, smatrat će se inercijskim.
Napominjemo da će se svaki referentni okvir koji će se kretati pravolinijski i jednoliko u odnosu na heliocentričnisustav je inercijalan. Krivolinijsko kretanje se izvodi uz određeno ubrzanje.
S obzirom na činjenicu da se Zemlja giba oko svoje osi, referentni okvir, koji je povezan s njenom površinom, u odnosu na heliocentrični kreće se s određenim ubrzanjem. U takvoj situaciji možemo zaključiti da se referentni okvir, koji je povezan sa površinom Zemlje, giba ubrzano u odnosu na heliocentrični, pa se ne može smatrati inercijskim. Ali vrijednost ubrzanja takvog sustava je toliko mala da u mnogim slučajevima značajno utječe na specifičnosti mehaničkih pojava koje se razmatraju u odnosu na njega.
Za rješavanje praktičnih problema tehničke prirode, uobičajeno je smatrati inercijskim referentni okvir koji je čvrsto povezan sa Zemljinom površinom.
Galilejska relativnost
Svi inercijski referentni okviri imaju važno svojstvo, koje je opisano principom relativnosti. Njegova bit leži u činjenici da se svaki mehanički fenomen pod istim početnim uvjetima odvija na isti način, bez obzira na odabrani referentni okvir.
Jednakost ISO-a prema principu relativnosti izražena je u sljedećim odredbama:
- U takvim sustavima, zakoni mehanike su isti, tako da svaka jednadžba koju oni opisuju, izražena u koordinatama i vremenu, ostaje nepromijenjena.
- Rezultati mehaničkih eksperimenata koji su u tijeku omogućuju utvrđivanje hoće li referentni okvir mirovati ili činipravolinijsko jednoliko gibanje. Bilo koji sustav se uvjetno može prepoznati kao nepomičan ako se drugi istovremeno kreće u odnosu na njega određenom brzinom.
- Jednadžbe mehanike ostaju nepromijenjene s obzirom na transformacije koordinata u slučaju prijelaza iz jednog sustava u drugi. Isti fenomen možete opisati u različitim sustavima, ali se njihova fizička priroda neće promijeniti.
Rješavanje problema
Prvi primjer.
Odredite je li inercijski referentni okvir: a) umjetni satelit Zemlje; b) dječja atrakcija.
Odgovor. U prvom slučaju nema govora o inercijskom referentnom sustavu, budući da se satelit kreće u orbiti pod utjecajem sile gravitacije, dakle, kretanje se događa s određenim ubrzanjem.
Privlačenje se također ne može smatrati inercijskim sustavom, budući da se njegovo rotacijsko kretanje događa s određenim ubrzanjem.
Drugi primjer.
Sustav izvješćivanja čvrsto je povezan s dizalom. U kojim se situacijama može nazvati inercijskim? Ako dizalo: a) padne; b) ravnomjerno se kreće prema gore; c) brzo raste d) ravnomjerno usmjeren prema dolje.
Odgovor. a) U slobodnom padu pojavljuje se ubrzanje, tako da referentni okvir koji je povezan s dizalom neće biti inercijalan.
b) Uz ravnomjerno kretanje dizala, sustav je inercijalan.
c) Kada se krećete s određenim ubrzanjem, referentni okvir se smatra inercijskim.
d) Dizalo se kreće sporo, ima negativno ubrzanje, tako da ne možetenazovimo referentni okvir inercijskim.
Zaključak
Cijelo vrijeme svog postojanja, čovječanstvo je pokušavalo razumjeti pojave koje se događaju u prirodi. Pokušaje da objasni relativnost gibanja napravio je Galileo Galilei. Isaac Newton uspio je izvesti zakon inercije, koji se počeo koristiti kao glavni postulat u proračunima u mehanici.
Trenutno, sustav detekcije položaja tijela uključuje tijelo, uređaj za određivanje vremena, kao i koordinatni sustav. Ovisno o tome da li se tijelo kreće ili miruje, moguće je okarakterizirati položaj određenog objekta u željenom vremenskom razdoblju.
