Інерціальні системи відліку. Перший закон Ньютона

Згадаємо з курсу фізики 7 класу, за яких умов тіло перебуває в стані спокою або рухається рівномірно прямолінійно. Ви напевно пам’ятаєте закон інерції, який наприкінці XVI ст. експериментально встановив італійський учений Ґалілео Ґалілей (1564–1642):

Тіло рухається рівномірно прямолінійно або перебуває у стані спокою лише тоді, коли на нього не діють інші тіла або дії інших тіл скомпенсовані

Явище збереження тілом стану спокою або рівномірного прямолінійного руху за умови, що на нього не діють інші тіла та поля або їхні дії скомпенсовані, називають явищем інерції

Чи в кожній системі відліку (СВ) спостерігається явище інерції?

Дії на м’яч столика та Землі скомпенсовані.

Однак: у системі відліку XOY, пов’язаній із пероном, м’яч залишається в спокої, тому ця СВ — інерціальна;

у системі відліку X′O′Y′, із потягом, що починає рух, м’яч рухається з прискоренням, тому ця СВ— неінерціальна.

Будь-яке ізольоване тіло зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху, доки й оскільки воно не вимушене прикладеними силами змінити цей стан.

Звернемо увагу ось на що.

1. Рухається тіло рівномірно, прискорено чи перебуває в стані спокою,залежить від вибору СВ.

2. В інерціальній СВ тіло рухається рівномірно прямолінійно або пе-ребуває в стані спокою не лише у випадку, коли воно ізольоване (тобто на нього не діють інші тіла), а й у випадку, коли сили, що діють на тіло, ском-пенсовані.

З огляду на зазначене в сучасній фізиці перший закон Ньютона формулюють так:

Існують такі системи відліку, відносно яких тіло зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху, якщо на тіло не діють жодні сили або ці сили скомпенсовані

1. Ви сидите на стільці – ви, як і стілець, перебуваєте в стані спокою відносно Землі. Які тіла діють на стілець? на вас? Що можна сказати про ці дії?

На стілець діють сила тяжіння , вага людини та сила реакції опори ; на людину – сила тяжіння та сила – реакції опори . Так як людина, як і стілець, перебуває в стані спокою відносно Землі, то дія сил скомпенсована.

2. Веслярі намагаються змусити човен рухатися проти течії, але човен перебуває в спокої відносно берега. Дії яких тіл при цьому компенсуються?

Човен перебуває в спокої відносно берега. При цьому компенсується дія весел та води, також води та Землі.

3. Кіт лежить на столі. Чи буде СВ, пов’язана з котом, інерціальною? Чи буде інерціальною СВ, пов’язана з павучком, що рівномірно опускається на павутинці зі стелі? Чи буде інерціальною СВ, пов’язана з мишеням, яке побачило кота й гальмує свій рух? Відповіді поясніть.

Кіт, що лежить на столі, перебуває у стані спокою, тому СВ, пов’язана з котом, буде інерціальною. Павучок рухається рівномірно і прямолінійно, тому, СВ пов’язана з ним, буде інерціальною. Мишеня, яке побачило кота, рухається нерівномірно, тому СВ, пов’язана з мишеням, не буде інерціальною.

4. На рисунку зображено кілька тіл.

1) З яким тілом ви пов’язали б СВ, щоб вона була інерціальною? неінерціальною? Відповідь обґрунтуйте.

2) Якою в даний момент часу буде швидкість руху собаки в СВ, пов’язаній із пішоходом; у СВ, пов’язаній із вантажівкою?

3) Яким буде прискорення руху автомобіля у СВ, пов’язаній із деревом; у СВ, пов’язаній із пішоходом?

Відповіді:

1) Для того щоб СВ була інерціальною, її можна пов’язати з деревом () або собакою чи пішоходом (). Для того, щоб СВ була неінерціальною, її можна пов’язати з автомобілями, які рухаються нерівномірно.

2) Швидкість руху собаки в СВ, пов’язаній із пішоходом у даний момент часу: ; у СВ, пов’язаній із вантажівкою: ;

3) Прискорення руху автомобіля у СВ, пов’язаній із деревом, та у СВ, пов’язаній із пішоходом:

Дай відповідь на запитання

1. За яких умов тіло зберігає швидкість свого руху? Наведіть приклади.

2. Сформулюйте закон інерції.

3. Які СВ називають інерціальними? неінерціальними? Наведіть приклади таких систем.

4. Сформулюйте перший закон Ньютона. Що він постулює?

Домашнє завдання .

Опрацювати п. 30, впр.30(5,6)