Авто  | Автор: | Добавлено: 2015-03-23

Принцип инерции

Кинематика описывает меха ническое движение математически, не объясняя физических причин его возникновения и изм ене ния, отвечая лишь на вопрос, как движется тело.

Динамика объясняет причины, определяющие характ ер механического движения, т. е. дает от вет на вопрос, почему движется тел о.

Согласно современным физическим представ лениям, характер движения те ла определяет его взаимодействие с другими телами.

Динамика - раздел механики, в основ е кото рого лежит количественное описание взаимо действия тел, определ яющего характер их движения.

Для того чтобы тело, находящееся в покое, из менило положение в пространс тве, необходимо оказать на него некоторое воздействие. По этому кажется логичным утвержден ие, что без внешне го воздействия не может быть движения и чем сильнее воздействие, тем больше скорость тела. Еще Арис тотель утверждал: « Движущееся тело останавливается, если сил а, его толкающая, пре кращает свое действие ». Это подтве рждал повсе дневный опыт и непосредственные наблюдения: например, тележ ка, которую перестают толкать, быстро останавливается на шероховатой до роге.

Чем лучше смазаны оси колес и чем ровнее до рога, тем большее расстояние п роходит тележка до остановки. В идеализированном эксп ерименте, когда дорога абсолютно гладкая, т. е. когда иск лючены все внешн ие воздействия, тележка будет катиться без остановки п о инерции.

Д ви ж е н ие по и н ерции - дви ж е н ие те л а, п ро исходящее без в н еш н их воздействий.

В земных условиях такое движение пра ктиче ски не встречается.

Обобщив результаты изучения движения тел при максимальном уменьшении сил трения, Галилей сформулировал п ринци п инерции.

Ес л и н а те л о н е действуют внеш н ие си л ы, то о н о сохра н яет состоя н ие покоя и л и рав н о мер н ого п рямо л и н ей н о г о дви ж ения.

Инерциальные системы отсчета. Равномер ное прямолинейное движение и состояние покоя физически эквивалентны в том смысле, что они существуют без внешнего воздействия. Кроме то го, понятия « движение » и « покой » относительны и зависят от выбора си стемы отсчета. Например, стол в комнате, неподвижный относ ительно сис темы отсчета, связанн ой с домом, движется в месте с Землей вокруг ее оси и вокруг Солнца, а вместе с Солнечной системой вокруг центра Галактики в расширяющейся Вселенной.

Однако эквивалентность и взаим озаменяемость состояния покоя и равномерного прямолинейно го движени я возможна лишь в инерциальных системах отсчета, покоящихся или движущихся равномерно и прямолинейно относительно друг д руга.

Инерциаль н ая си стема отсчета - система отсчета, в которой тело, н е взаимодейст вующее с другими телами, сохра н яет состоя ние п окоя или равномер н ого п рямоли нейного движения.

Рассмотрим примеры возможны х инерциаль ных систем от счета.

Предположим, что на открытой платформе ва гона поезда, движущегося со ск оростью v относи тельно железнодорожного полотна , находится авто мобиль. Относительно движущейся системы отсче та Х' (свя занной с вагоном) автомобиль покоится, а относительно неподвижной систе мы Х (связан ной с Землей) он движется со скоростью поезда.

В то же время километровый столб покоится в системе отсчета Х и движется со скоростью - v относит ельно системы Х' (как это кажется пасса жиру поезда, смотрящему из окна ва гона).

Возможная перестановка (эквивалентность) по н я тий пок оя и движения в системах отсчета Х и Х' свидетельствует о том, что эти системы являются инерциальными.

Преобразования Галилея. Найдем, как связа ны межд у собой координаты и скорость тела в раз личных инерциальных системах о тсчета. Предпо ложим, что автомобиль, находящийся на платфор ме поезда, и дущего со скоростью и, равномерно движется вдоль нее со скоростью v х' отно сительно платформы.

Через промежуток времени t платформа с мес тится от километрового столба на расстояние vt. Автомобиль за этот промежуток времени проедет по платформе р асстояние х' = vx’ t ( 4 1)

и будет находиться от столба на расстоян ии х = х' + vt (42)

Координаты тела (автомобиля) в раз личных инерциа льных системах отсчета Х и Х' связывают прео бразования Галилея:

x ’ = x – vt (43)

Скорость тела относительно неподвижной сис темы отсчета: v x = x / t

Разделив поч л енно (42) на время t, получим за кон с л оже н ия с к оростей:

V x = v x’ + v

Если платформа движется со скоростью V = = 60 км/ч, а автомобиль едет относительно нее в напра влении движения поезда со скоростью V x ' = 10 км/ч, то скорость автомобиля относитель но желез нодорожного полотна V x = 70 км/ч.

Если бы автомобиль двигался по платформе с той же скоростью, но в противо положном направ лении, то его скорость относительно полотна до роги был а бы равна 50 км/ч.

Из-за вращения Земли вокруг своей оси ско рость движения V ее затененной стороны прибав ляется к скорости движения Vc по орбите вокруг Солнца.

Скорость движения освещенной стороны мень ше, чем затененной. Поэтому ж ители Земли но чью движутся вокруг Солнца быстрее, чем днем.

Движение инерциальной системы отсчета не оказывает влияния на прямолинейное равномер ное движение те ла или его состояние покоя в этой системе.

Во всех и н ерциа л ь н ых системах отсчета за к о н ы кл ас сичес к ой ди н ами к и имеют оди н и тот же вид.

В этом состоит п ри н ци п от н оситель н ости Га лилея.

Это означает, что при переходе о т одной инер циальной системы отсчета к другой математиче ские формулы, описывающие законы механики, не изменяются

Комментарии


Войти или Зарегистрироваться (чтобы оставлять отзывы)