Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона

Введение

Когда мы наблюдаем движение тел в повседневной жизни, кажется, что оно подчиняется естественным законам: предметы движутся, останавливаются или меняют направление. Но физика показывает, что эти законы работают относительно выбранной системы отсчета. Понимание инерциальных и неинерциальных систем отсчета является основой механики. Оно помогает правильно описывать движение тел и объяснять, почему в некоторых случаях кажется, что на тело действуют «необычные» силы.

В этой статье рассматриваются понятия инерции и инертности, инерциальные системы отсчета, первый закон Ньютона и особенности неинерциальных систем отсчета.

Инерция и инертность

Инерция — это свойство тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют внешние силы.

Инертность — количественная характеристика инерции, измеряемая массов тела. Чем больше масса тела, тем сложнее изменить его скорость, то есть тем больше его инертность.

Пример:

• Легко толкнуть пустую тележку — малая масса, низкая инертность.

• Тяжелый диван труднее сдвинуть с места — большая масса, высокая инертность.

Инерция проявляется во всех ситуациях, когда тело стремится сохранить свое движение или покой, пока на него не действуют силы извне.

Инерциальные системы отсчета

Инерциальная система отсчета — система, относительно которой тело, не подвергающееся воздействию сил, сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

Примеры инерциальных систем отсчета:

• Земля (в приближении, если не учитывать вращение и гравитацию Луны)

• Поезд, движущийся прямолинейно и равномерно, если не учитывать сопротивление воздуха

• Лаборатория на поверхности Земли, в которой выполняются простые механические эксперименты

В инерциальной системе законы механики принимают наиболее простую форму, а тела движутся по законам Ньютона.

Первый закон Ньютона

Первый закон Ньютона гласит:

Тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока на него не действуют силы.

Другими словами, нет внешней силы — нет изменения скорости.

Примеры проявления закона:

• Шарик на гладкой горизонтальной поверхности, который скользит и постепенно останавливается из-за трения (трение — внешняя сила)

• Автомобиль резко тормозит, пассажиры «падают» вперед (тела стремятся сохранять движение)

Первый закон Ньютона также называют законом инерции, так как он описывает природную тенденцию тел сохранять состояние движения.

Неинерциальные системы отсчета

Неинерциальная система отсчета — система, которая движется с ускорением относительно инерциальной системы.

В таких системах движение тел описывается с учетом дополнительных, так называемых «вынужденных» сил.

Примеры неинерциальных систем отсчета:

• Автомобиль, резко ускоряющийся или тормозящий

• Лифт, поднимающийся с ускорением

• Карусель, вращающаяся с постоянной скоростью

В неинерциальных системах на тела действуют кажущиеся силы:

• Тело в ускоряющемся автомобиле «откидывается» назад

• В вращающемся кресле кажется, что тело отбрасывает наружу

Вопросы для самопроверки

1. Что такое инерция и как она проявляется в повседневной жизни?

2. Чем инертность отличается от инерции?

3. Что такое инерциальная система отсчета?

4. Приведите примеры инерциальных систем отсчета.

5. Сформулируйте первый закон Ньютона своими словами.

6. Что происходит с телом, если на него не действуют силы?

7. Что такое неинерциальная система отсчета?

8. Приведите примеры неинерциальных систем отсчета в повседневной жизни.

9. Какие кажущиеся силы возникают в неинерциальных системах отсчета?

10. Почему важно различать инерциальные и неинерциальные системы при изучении механики?