Неінерційні системи відліку



ФІЗИКА

Частина 1 МЕХАНІКА

Розділ 2 ДИНАМІКА МАТЕРІАЛЬНОЇ ТОЧКИ

2.8. Неінерційні системи відліку

Дослід засвідчує, що закони Ньютона справджуються лише в інерційних системах відліку. Будь-яка неінерційна система рухається відносно інерційних систем із деяким прискоренням. У неінерційних системах відліку закони Ньютона не справджуються. Розглянемо це на прикладах.

Нехай на гладенькій платформі без бортів (рис. 2.3) лежить тіло А. Коли платформу зрушити з місця, то тіло зсунеться. Як можна пояснити це явище? З погляду спостерігача,

який знаходиться в інерційній системі, що пов’язана із Землею (у цьому разі нехтуватимемо її неінерційністю), рівнодійна сила, прикладена до тіла А, дорівнює нулю, тому прискорення його дорівнює нулю. Платформу потягли вперед, вона дістала прискорення Неінерційні системи відліку0, а тіло А залишилося на попередньому місці.

Неінерційні системи відліку

Рис. 2.3.

З погляду спостерігача, який знаходиться в прискореній системі відліку, що зв’язана з платформою, це явище можна пояснити так: тіло А посунулося назад, діставши прискорення. При цьому сила, що діє на тіло, дорівнює нулю, а прискорення – відмінне

від нуля.

Отже, для прискореної системи закон інерції і другий закон динаміки не виконуються. Таку систему називають неінерційною.

Аналогічний приклад можна розглянути з вагоном, який дістає прискорення Неінерційні системи відліку1, і м’ячем А, що лежить на гладенькій поличці й почне рухатися з прискоренням Неінерційні системи відліку1. З погляду пасажира у вагоні (тобто прискореної системи) м’яч набув прискорення, хоч на нього сила не діяла. Отже, тіло в прискореній системі відліку буде в спокої лише під час дії на нього зовнішніх сил.

У механіці часто враховують рух прискореної системи введенням особливих сил, так званих сил інерції. Введення цих сил дає змогу зберегти для тіл, що рухаються відносно неінерційних систем, перший і другий закони динаміки в тій самій формі, яку вони мають для тіл, що рухаються відносно інерційних систем відліку. Це істотно спрощує аналіз руху в кожному окремому випадку.

У першому випадку вважатимемо, що до тіла А прикладено деяку силу Неінерційні системи відлікуІ. За другим законом Ньютона

Неінерційні системи відліку

Де m – маса тіла; Неінерційні системи відліку0 – прискорення платформи відносно Землі.

У другому випадку сила інерції, що діє на м’яч,

Неінерційні системи відліку

Де m – маса м’яча; Неінерційні системи відліку1 – прискорення вагона.

Величина Неінерційні системи відлікуІ має розмірність сили, проте цього не досить, щоб її вважати силою. Адже різні фізичні величини можуть мати ту саму розмірність (наприклад, робота і момент сили). Сила є механічною дією одного тіла на інше. При цьому завжди має бути відповідна сила “протидії”. Сила – причина “істинного” прискорення, прискорення відносно інерційної системи відліку. Сила інерції прикладена до тіла, але вона не є результатом безпосередньої дії другого тіла, бо такого тіла просто немає. Тому для сили інерції немає і протидії. Вона не проявляється також на “істинному” прискоренні.

Уявімо собі, що на платформі лежить кілька тіл, які відрізняються масами. У формулі (2.15) для різних тіл маса m неоднакова для кожного тіла, а множник а0 – той самий для всіх тіл. Це свідчить про те, що сили інерції, які діють на тіла системи, виникають в результаті прискорення системи відліку (платформи), а не внаслідок взаємодії тіл між собою. Сили інерції збільшуються зі збільшенням прискорення системи відліку і дорівнюють нулю, якщо система відліку рухається рівномірно і прямолінійно.

Отже, за наявністю і значенням сил інерції можна робити висновок про ступінь неінерційності системи. Сили інерції не можна порівнювати з такими силами, як пружні, тертя, тобто силами, що зумовлені дією на тіло інших сил. Сили інерції зумовлені властивостями тієї системи відліку, в якій розглядаються механічні явища.

Вивчення сил інерції не є принципово необхідним. Будь-який рух завжди можна розглянути відносно інерційної системи відліку. Однак практично дуже часто цікавий саме рух відносно неінерційних систем відліку. Використання сил інерції дає можливість розв’язати відповідну задачу безпосередньо у такій системі відліку, що набагато простіше, ніж розглядати рух в інерційній системі.

Отже, введення сил інерції дає змогу описувати рух тіл у будь-яких (як інерційних, так і неінерційних) системах відліку за допомогою одних і тих самих рівнянь руху.


1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (No Ratings Yet)
Loading...


Ціанобактерії представники.
Ви зараз читаєте: Неінерційні системи відліку