Sebuah kerangka acuan yang bergerak (relatif terhadap bintang-bintang) secara seragam dan lurus (yaitu, dengan inersia) disebut inersia. Jelas, ada tak terhitung banyaknya kerangka acuan seperti itu, karena setiap kerangka yang bergerak secara seragam dan lurus relatif terhadap beberapa kerangka acuan inersia juga inersia.Rangka acuan yang bergerak (berkenaan dengan kerangka inersia) dengan percepatan disebut non-inersia.
Pengalaman menunjukkan bahwa
dalam semua kerangka acuan inersia, semua proses mekanis berlangsung dengan cara yang persis sama (dalam kondisi yang sama).
Posisi ini, yang disebut prinsip relativitas mekanik (atau prinsip relativitas Galileo), dirumuskan pada tahun 1636 oleh Galileo. Galileo menjelaskannya dengan contoh proses mekanis yang terjadi di kabin kapal yang berlayar secara merata dan lurus di laut yang tenang. Bagi pengamat di kabin, osilasi bandul, jatuhnya benda dan proses mekanis lainnya berlangsung dengan cara yang persis sama seperti pada kapal yang diam. Oleh karena itu, mengamati proses-proses ini, tidak mungkin untuk menentukan besaran kecepatan, atau bahkan fakta pergerakan kapal itu sendiri. Untuk menilai gerakan kapal sehubungan dengan sistem referensi apa pun (misalnya, permukaan laut), perlu untuk mengamati sistem ini juga (untuk melihat bagaimana benda-benda yang tergeletak di atas air bergerak menjauh, dll.).
Pada awal abad XX. ternyata tidak hanya mekanik, tetapi juga termal, listrik, optik dan semua proses dan fenomena alam lainnya berlangsung dengan cara yang persis sama di semua kerangka acuan inersia. Atas dasar ini, Einstein pada tahun 1905 merumuskan prinsip relativitas umum, yang kemudian disebut prinsip relativitas Einstein:
dalam semua kerangka acuan inersia, semua proses fisik berjalan dengan cara yang persis sama (dalam kondisi yang sama).
Prinsip ini, bersama dengan proposisi bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa tidak bergantung pada gerakan sumber cahaya (lihat 20), membentuk dasar teori relativitas khusus yang dikembangkan oleh Einstein.
Hukum Newton dan hukum dinamika lainnya yang kita bahas hanya terpenuhi dalam kerangka acuan inersia. Dalam kerangka acuan non-inersia, hukum-hukum ini, secara umum, tidak lagi berlaku. Pertimbangkan contoh sederhana untuk memperjelas pernyataan terakhir.
Pada platform yang sangat halus, bergerak seragam dan lurus, terletak sebuah bola bermassa pada platform yang sama adalah seorang pengamat. Pengamat lain berdiri di Bumi tidak jauh dari tempat peron akan dilewati. Jelas bahwa kedua pengamat terhubung dengan kerangka acuan inersia.
Biarkan sekarang, pada saat melewati pengamat yang terhubung dengan Bumi, platform mulai bergerak dengan percepatan a, yaitu, menjadi kerangka acuan non-inersia. Dalam hal ini, bola, yang sebelumnya diam relatif terhadap platform, akan mulai (relatif terhadapnya) bergerak dengan percepatan a, berlawanan arah dan sama besarnya dengan percepatan yang diperoleh platform. Mari kita cari tahu seperti apa perilaku bola dari sudut pandang masing-masing pengamat.
Untuk pengamat yang terkait dengan sistem referensi inersia - Bumi, bola terus bergerak secara seragam dan lurus sepenuhnya sesuai dengan hukum inersia (karena tidak ada gaya yang bekerja padanya, kecuali gravitasi, diimbangi oleh reaksi penyangga).
Pengamat yang terkait dengan sistem referensi non-inersia - platform, memiliki gambaran yang berbeda: bola mulai bergerak dan memperoleh percepatan - tetapi tanpa pengaruh gaya (karena pengamat tidak mendeteksi dampak pada bola benda lain yang memberikan percepatan pada bola). Ini jelas bertentangan dengan hukum inersia. Hukum kedua Newton juga tidak terpenuhi: dengan menerapkannya, pengamat akan memperoleh bahwa (gaya) a ini tidak mungkin, karena baik maupun a tidak sama dengan nol.
Akan tetapi, dimungkinkan untuk membuat hukum dinamika dapat diterapkan pada deskripsi gerakan dalam kerangka acuan non-inersia, jika kita memasukkan gaya-gaya pertimbangan dari jenis khusus - gaya-gaya inersia. Kemudian, dalam contoh kita, pengamat yang terhubung ke platform dapat mengasumsikan bahwa bola bergerak di bawah aksi gaya inersia
Pengenalan gaya inersia memungkinkan untuk menuliskan hukum kedua Newton (dan konsekuensinya) dalam bentuk biasa (lihat 7); hanya di bawah gaya kerja sekarang perlu untuk memahami resultan dari gaya "biasa" dan gaya inersia
di mana adalah massa tubuh dan percepatannya.
Kami menyebut gaya gaya inersia "jenis khusus", pertama, karena mereka hanya bertindak dalam kerangka acuan non-inersia, dan, kedua, karena bagi mereka, tidak seperti gaya "biasa", tidak mungkin untuk menunjukkan benda lain mana (pada tubuh yang bersangkutan), mereka dikondisikan. Jelas, untuk alasan ini, tidak mungkin untuk menerapkan hukum ketiga Newton (dan konsekuensinya) pada gaya inersia; ini adalah fitur ketiga dari gaya inersia.
Ketidakmungkinan untuk menentukan tubuh individu, yang tindakannya (pada tubuh yang dipertimbangkan) disebabkan oleh gaya inersia, tidak berarti, tentu saja, bahwa munculnya gaya-gaya ini sama sekali tidak terkait dengan tindakan bahan apa pun. tubuh. Ada alasan serius untuk berasumsi bahwa gaya inersia disebabkan oleh aksi seluruh rangkaian benda Semesta (massa Alam Semesta secara keseluruhan).
Faktanya adalah bahwa ada kesamaan besar antara gaya inersia dan gaya gravitasi: keduanya sebanding dengan massa tubuh tempat mereka bekerja, dan oleh karena itu percepatan yang diberikan ke tubuh oleh masing-masing gaya ini tidak bergantung pada massa tubuh. Dalam kondisi tertentu, kekuatan-kekuatan ini tidak dapat dibedakan sama sekali. Misalnya, sebuah pesawat ruang angkasa bergerak dengan percepatan (karena pengoperasian mesin) di suatu tempat di luar angkasa. Kosmonot di dalamnya akan mengalami gaya yang menekannya ke "lantai" (dinding belakang dalam kaitannya dengan arah gerakan) pesawat ruang angkasa. Gaya ini akan menciptakan efek yang persis sama dan akan menyebabkan sensasi yang sama pada astronot seperti yang akan ditimbulkan oleh gaya gravitasi yang sesuai.
Jika seorang astronot percaya bahwa kapalnya bergerak dengan percepatan relatif terhadap alam semesta, maka ia akan menyebut gaya yang bekerja padanya sebagai gaya inersia. Namun, jika kosmonot menganggap kapalnya tidak bergerak, dan Semesta bergegas melewati kapal dengan percepatan yang sama a, maka ia akan menyebut gaya ini sebagai gaya gravitasi. Dan kedua sudut pandang akan benar-benar sama. Tidak ada eksperimen yang dilakukan di dalam kapal yang dapat membuktikan kebenaran salah satu dan kesalahan sudut pandang yang lain.
Dari contoh-contoh yang dipertimbangkan dan contoh serupa lainnya, gerakan dipercepat dari kerangka acuan setara (berdasarkan efeknya pada benda) dengan munculnya gaya gravitasi yang sesuai. Posisi ini disebut prinsip kesetaraan gaya gravitasi dan inersia (prinsip kesetaraan Einstein); prinsip ini adalah dasar dari teori relativitas umum.
Gaya-gaya inersia timbul tidak hanya pada gerak lurus, tetapi juga pada kerangka acuan non-inersia yang berotasi. Misalnya, pada bidang horizontal yang dapat berputar di sekitar sumbu vertikal, ada benda bermassa yang dihubungkan dengan pusat rotasi O dengan tali karet (Gbr. 18). Jika platform mulai berputar dengan kecepatan sudut (dan, akibatnya, berubah menjadi sistem non-inersia), maka karena gesekan, benda juga akan terlibat dalam rotasi. Namun, itu akan bergerak dalam arah radial dari pusat platform sampai gaya elastis yang meningkat dari tali peregangan menghentikan gerakan ini. Kemudian tubuh akan mulai berputar pada jarak dari pusat O.
Dari sudut pandang seorang pengamat yang terhubung dengan platform, pergerakan bola relatif terhadapnya disebabkan oleh suatu gaya, yaitu gaya inersia, karena tidak disebabkan oleh aksi benda tertentu lainnya pada bola; itu disebut gaya sentrifugal inersia. Jelas, gaya sentrifugal inersia sama besarnya dan berlawanan arah dengan gaya elastis tali yang diregangkan, yang memainkan peran gaya sentripetal yang bekerja pada benda yang berputar terhadap kerangka inersia (lihat 13) Oleh karena itu
oleh karena itu, gaya sentrifugal inersia sebanding dengan jarak benda dari sumbu rotasi.
Kami menekankan bahwa gaya sentrifugal inersia tidak boleh disamakan dengan gaya sentrifugal "biasa" yang disebutkan di akhir 13. Ini adalah gaya yang berbeda sifat yang diterapkan pada objek yang berbeda: gaya sentrifugal inersia diterapkan pada benda, dan gaya sentrifugal diterapkan pada sambungan.
Sebagai kesimpulan, kami mencatat bahwa dari sudut pandang prinsip kesetaraan gaya gravitasi dan inersia, penjelasan sederhana diberikan untuk pengoperasian semua mekanisme sentrifugal: pompa, pemisah, dll. (lihat 13).
Mekanisme sentrifugal apa pun dapat dianggap sebagai sistem non-inersia yang berputar, yang menyebabkan munculnya medan gravitasi dengan konfigurasi radial, yang dalam area terbatas secara signifikan melebihi medan gravitasi terestrial. Di bidang ini, partikel yang lebih padat dari media berputar atau partikel yang terikat lemah padanya bergerak menuju pinggirannya (seolah-olah mereka pergi "ke bawah").
kerangka acuan inersia
Kerangka acuan inersia(ISO) - kerangka acuan di mana hukum pertama Newton (hukum inersia) berlaku: semua benda bebas (yaitu, yang tidak terpengaruh oleh gaya eksternal atau aksi gaya ini dikompensasi) bergerak lurus dan seragam atau istirahat. Setara dengan formulasi berikut, nyaman untuk digunakan dalam mekanika teoretis:
Sifat kerangka acuan inersia
Setiap kerangka acuan yang bergerak secara seragam dan lurus relatif terhadap IFR juga merupakan IFR. Menurut prinsip relativitas, semua IFR adalah sama, dan semua hukum fisika adalah invarian terhadap transisi dari satu IFR ke IFR lainnya. Ini berarti bahwa manifestasi hukum fisika di dalamnya terlihat sama, dan catatan hukum ini memiliki bentuk yang sama dalam ISO yang berbeda.
Asumsi keberadaan setidaknya satu IFR dalam ruang isotropik mengarah pada kesimpulan bahwa ada himpunan tak terbatas dari sistem semacam itu yang bergerak relatif satu sama lain dengan semua kemungkinan kecepatan konstan. Jika IFR ada, maka ruang akan homogen dan isotropik, dan waktu akan homogen; menurut teorema Noether, homogenitas ruang terhadap pergeseran akan memberikan hukum kekekalan momentum, isotropi akan menyebabkan kekekalan momentum sudut, dan homogenitas waktu akan menghemat energi benda yang bergerak.
Jika kecepatan gerakan relatif IFR yang diwujudkan oleh benda nyata dapat mengambil nilai apa pun, hubungan antara koordinat dan waktu dari "peristiwa" apa pun dalam IFR yang berbeda dilakukan oleh transformasi Galilea.
Koneksi dengan sistem referensi nyata
Sistem inersia mutlak adalah abstraksi matematis, yang secara alami tidak ada di alam. Namun, ada sistem referensi di mana percepatan relatif benda yang cukup jauh satu sama lain (diukur dengan efek Doppler) tidak melebihi 10 10 m/s², misalnya, Sistem Koordinat Langit Internasional dalam kombinasi dengan Waktu Dinamis Barycentric memberikan sistem di mana relatif melebihi 1,5 10 10 m/s² (pada tingkat 1). Keakuratan eksperimen untuk menganalisis waktu kedatangan pulsa dari pulsar, dan segera pengukuran astrometri, sedemikian rupa sehingga dalam waktu dekat percepatan tata surya harus diukur saat bergerak di medan gravitasi Galaksi, yang diperkirakan dalam m/s².
Dengan berbagai tingkat akurasi dan tergantung pada area penggunaan, sistem inersia dapat dianggap sebagai sistem referensi yang terkait dengan: Bumi, Matahari, relatif tetap terhadap bintang-bintang.
Sistem koordinat inersia geosentris
Penggunaan Earth sebagai ISO, terlepas dari sifatnya yang mendekati, tersebar luas dalam navigasi. Sistem koordinat inersia, sebagai bagian dari ISO, dibangun sesuai dengan algoritma berikut. Pusat bumi dipilih sebagai titik O - asal koordinat sesuai dengan model yang diterimanya. Sumbu z - bertepatan dengan sumbu rotasi bumi. Sumbu x dan y berada pada bidang ekuator. Perlu dicatat bahwa sistem seperti itu tidak berpartisipasi dalam rotasi Bumi.
Catatan
Lihat juga
Yayasan Wikimedia. 2010 .
Lihat apa itu "Sistem Referensi Inersia" di kamus lain:
Sistem referensi, di mana hukum inersia berlaku: materi. titik ketika tidak ada gaya yang bekerja padanya (atau gaya yang saling seimbang bekerja padanya), berada dalam keadaan diam atau gerak lurus beraturan. Setiap sistem referensi, ... ... Ensiklopedia Fisik
REFERENSI INERSIAL, lihat Kerangka acuan... Ensiklopedia Modern
kerangka acuan inersia- UMPAN BALIK INERSIAL, lihat Kerangka acuan. … Kamus Ensiklopedis Bergambar
kerangka acuan inersia- inercinė atskaitos sistema statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. kerangka acuan Galilea; sistem referensi inersia vok. inersia sistem Bezugs, n; Sistem inersia, n; Sistem Tragheits, n rus. kerangka acuan inersia, f pranc.… … Fizikos terminų odynas
Sebuah sistem referensi di mana hukum inersia berlaku: suatu titik material, ketika tidak ada gaya yang bekerja padanya (atau gaya yang saling seimbang bekerja), berada dalam keadaan diam atau gerak lurus beraturan. Setiap… … Ensiklopedia Besar Soviet
Sebuah sistem referensi di mana hukum inersia berlaku, yaitu, benda yang bebas dari pengaruh benda lain, mempertahankan kecepatannya tidak berubah (dalam nilai absolut dan arah). Adalah. tentang. adalah sistem referensi seperti itu (dan hanya seperti itu), ke surga ... ... Kamus besar ensiklopedis politeknik
Sebuah kerangka acuan di mana hukum inersia berlaku: suatu titik material, di mana tidak ada gaya yang bekerja, diam atau dalam gerak lurus beraturan Setiap kerangka acuan yang bergerak relatif terhadap IS. tentang. secara bertahap... Ilmu pengetahuan Alam. kamus ensiklopedis
kerangka acuan inersia- Sistem referensi, dalam kaitannya dengan titik material yang terisolasi diam atau bergerak dalam garis lurus dan beraturan ... Kamus penjelasan terminologi politeknik
Suatu sistem referensi di mana hukum inersia berlaku: suatu titik material, di mana tidak ada gaya yang bekerja, berada dalam keadaan diam atau gerak lurus beraturan. Setiap kerangka acuan yang bergerak relatif terhadap inersia ... ... kamus ensiklopedis
Sistem referensi inersia- kerangka acuan di mana hukum inersia berlaku: titik material, ketika tidak ada gaya yang bekerja padanya (atau gaya yang saling seimbang bekerja), berada dalam keadaan diam atau gerak lurus beraturan. Setiap sistem... Konsep ilmu alam modern. Glosarium istilah dasar
Setiap benda dapat dipengaruhi oleh benda lain di sekitarnya, akibatnya keadaan gerak (istirahat) benda yang diamati dapat berubah. Pada saat yang sama, dampak tersebut dapat dikompensasi (berimbang) dan tidak menyebabkan perubahan tersebut. Bila dikatakan bahwa perbuatan dua badan atau lebih saling mengimbangi, ini berarti bahwa akibat dari perbuatan bersama mereka adalah sama seolah-olah badan-badan itu tidak ada sama sekali. Jika pengaruh benda lain pada tubuh dikompensasi, maka relatif terhadap Bumi benda itu diam atau bergerak dalam garis lurus dan seragam.
Jadi, kita sampai pada salah satu hukum dasar mekanika, yang disebut hukum pertama Newton.
Hukum 1 Newton (hukum inersia)
Ada sistem referensi seperti itu di mana benda yang bergerak secara translasi diam atau gerak lurus beraturan (gerak oleh inersia) sampai pengaruh dari benda lain membawanya keluar dari keadaan ini.
Sehubungan dengan apa yang telah dikatakan, perubahan kecepatan suatu benda (yaitu, percepatan) selalu disebabkan oleh tumbukan beberapa benda lain pada benda tersebut.
Hukum 1 Newton hanya berlaku dalam kerangka acuan inersia.
Definisi
Kerangka acuan, relatif terhadap benda yang tidak terpengaruh oleh benda lain, diam atau bergerak secara beraturan dan lurus, disebut inersia.
Adalah mungkin untuk menentukan apakah kerangka acuan yang diberikan bersifat inersia hanya secara empiris. Dalam kebanyakan kasus, seseorang dapat mempertimbangkan kerangka acuan inersia yang terkait dengan Bumi atau dengan benda acuan yang bergerak secara seragam dan lurus terhadap permukaan bumi.
Gambar 1. Kerangka acuan inersia
Saat ini, secara eksperimental telah dikonfirmasi bahwa kerangka acuan heliosentris yang terkait dengan pusat Matahari dan tiga bintang "tetap" praktis inersia.
Setiap kerangka acuan lain yang bergerak secara seragam dan lurus relatif terhadap kerangka acuan inersia itu sendiri adalah inersia.
Galileo menetapkan bahwa tidak mungkin untuk menentukan apakah sistem ini diam atau bergerak seragam dan lurus dengan eksperimen mekanis apa pun yang dipasang di dalam kerangka acuan inersia. Pernyataan ini disebut prinsip relativitas Galileo, atau prinsip relativitas mekanik.
Prinsip ini kemudian dikembangkan oleh A. Einstein dan merupakan salah satu postulat dari teori relativitas khusus. ISO memainkan peran yang sangat penting dalam fisika, karena, menurut prinsip relativitas Einstein, ekspresi matematis dari setiap hukum fisika memiliki bentuk yang sama di setiap ISO.
Jika benda acuan bergerak dengan percepatan, maka kerangka acuan yang terkait dengannya adalah non-inersia, dan hukum 1 Newton tidak berlaku di dalamnya.
Properti tubuh untuk mempertahankan keadaan mereka dalam waktu (kecepatan gerakan, arah gerakan, keadaan istirahat, dll) disebut inersia. Fenomena mempertahankan kecepatan oleh benda yang bergerak tanpa adanya pengaruh eksternal disebut inersia.
Gambar 2. Manifestasi inersia di bus pada awal gerakan dan pengereman
Dengan manifestasi kelembaman tubuh, kita sering bertemu dalam kehidupan sehari-hari. Dengan percepatan bus yang tajam, penumpang di dalamnya bersandar ke belakang (Gbr. 2, a), dan dengan pengereman yang tajam, mereka mencondongkan tubuh ke depan (Gbr. 2, b), dan ketika bus berbelok ke kanan - ke dinding kirinya. Dengan percepatan besar pesawat lepas landas, tubuh pilot, yang berusaha mempertahankan keadaan istirahat aslinya, ditekan ke kursi.
Inersia benda dimanifestasikan dengan jelas dalam perubahan tajam dalam percepatan benda sistem, ketika kerangka acuan inersia digantikan oleh kerangka non-inersia, dan sebaliknya.
Inersia suatu benda biasanya dicirikan oleh massanya (massa inersia).
Gaya yang bekerja pada benda dari kerangka acuan non-inersia disebut gaya inersia
Jika beberapa gaya secara bersamaan bekerja pada sebuah benda dalam kerangka acuan non-inersia, beberapa di antaranya adalah gaya "biasa", dan yang lainnya adalah gaya inersia, maka tubuh akan mengalami satu gaya resultan, yang merupakan jumlah vektor dari semua gaya yang bekerja padanya. . Gaya resultan ini bukan gaya inersia. Gaya inersia hanya merupakan komponen dari gaya yang dihasilkan.
Jika sebuah tongkat, tergantung pada dua utas tipis, ditarik perlahan dengan tali yang terpasang di tengahnya, maka:
- tongkat akan patah;
- kabelnya putus;
- salah satu utas akan putus;
- opsi apa pun dimungkinkan, tergantung pada gaya yang diterapkan
Gambar 4
Gaya diterapkan pada bagian tengah tongkat, di tempat tali digantung. Karena, menurut hukum 1 Newton, setiap benda memiliki inersia, bagian tongkat pada titik suspensi kabel akan bergerak di bawah aksi gaya yang diterapkan, dan bagian lain dari tongkat, di mana gaya tidak bekerja. , akan tetap diam. Oleh karena itu, tongkat akan patah pada titik suspensi.
Menjawab. Jawaban yang benar 1.
Seorang pria menarik dua kereta luncur terikat, menerapkan gaya pada sudut 300 ke cakrawala. Temukan gaya ini jika diketahui bahwa kereta luncur bergerak beraturan. Berat kereta luncur adalah 40 kg. Koefisien gesekan 0,3.
$t_1$ = $t_2$ = $m$ = 40 kg
$(\mathbf \mu )$ = 0.3
$(\mathbf \alpha )$=$30^(\circ)$
$g$ = 9,8 m/s2
Gambar 5
Karena kereta luncur bergerak dengan kecepatan konstan, menurut hukum pertama Newton, jumlah gaya yang bekerja pada kereta luncur adalah nol. Mari kita tuliskan hukum pertama Newton untuk setiap benda segera dalam proyeksi pada sumbu, dan tambahkan hukum gesekan kering Coulomb untuk kereta luncur:
Sumbu OX Sumbu OY
\[\left\( \begin(array)(c) T-F_(tr1)=0 \\ F_(tr1)=\mu N_1 \\ F_(tr2)=\mu N_2 \\ F(cos \alpha - \ )F_(tr2)-T=0 \end(array) \right.\left\( \begin(array)(c) N_1-mg=0 \\ N_2+F(sin \alpha \ )-mg=0 \end(array) \benar.\]
$F=\frac(2\mu mg)((cos \alpha \ )+\mu (sin \alpha \ ))=\ \frac(2\cdot 0.3\cdot 40\cdot 9.8)((cos 30() ^\circ \ )+0.3\cdot (sin 30()^\circ \ ))=231.5\ H$
Semua kerangka acuan dibagi menjadi inersia dan non-inersia. Kerangka acuan inersia mendasari mekanika Newton. Ini mencirikan gerakan bujursangkar yang seragam dan keadaan istirahat. Kerangka acuan non-inersia dikaitkan dengan gerak dipercepat di sepanjang lintasan yang berbeda. Gerakan ini ditentukan dalam kaitannya dengan sistem referensi inersia. Kerangka acuan non-inersia dikaitkan dengan efek seperti gaya inersia, gaya sentrifugal dan gaya Coriolis.
Semua proses ini muncul sebagai hasil dari gerakan, dan bukan interaksi antara tubuh. Hukum Newton sering tidak bekerja dalam kerangka acuan non-inersia. Dalam kasus seperti itu, amandemen ditambahkan ke hukum mekanika klasik. Gaya karena gerakan non-inersia diperhitungkan dalam pengembangan produk dan mekanisme teknis, termasuk yang memiliki rotasi. Dalam hidup, kita bertemu dengan mereka, bergerak di lift, mengendarai korsel, mengamati cuaca dan aliran sungai. Mereka juga diperhitungkan saat menghitung pergerakan pesawat ruang angkasa.
Kerangka acuan inersia dan non-inersia
Kerangka acuan inersia tidak selalu cocok untuk menggambarkan gerakan benda. Dalam fisika, ada 2 jenis sistem referensi: sistem referensi inersia dan non-inersia. Menurut mekanika Newton, setiap benda dapat diam atau dalam gerakan lurus dan beraturan, kecuali untuk kasus-kasus ketika pengaruh eksternal diberikan pada tubuh. Gerak beraturan seperti itu disebut gerak inersia.
Gerak inersia (sistem referensi inersia) adalah dasar dari mekanika Newton dan karya-karya Galileo. Jika kita menganggap bintang sebagai objek tetap (yang sebenarnya tidak sepenuhnya benar), maka objek apa pun yang bergerak secara seragam dan lurus relatif terhadapnya akan membentuk kerangka acuan inersia.
Tidak seperti kerangka acuan inersia, kerangka non-inersia bergerak relatif terhadap kerangka acuan tertentu dengan percepatan tertentu. Pada saat yang sama, penggunaan hukum Newton membutuhkan variabel tambahan, jika tidak mereka tidak akan cukup menggambarkan sistem. Untuk menjawab pertanyaan kerangka acuan mana yang disebut non-inersia, ada baiknya mempertimbangkan contoh gerak non-inersia. Gerakan seperti itu adalah rotasi planet kita dan planet lain.
Gerak dalam kerangka acuan non-inersia
Copernicus adalah orang pertama yang menunjukkan betapa kompleksnya gerak jika beberapa gaya terlibat. Sebelum dia, diyakini bahwa Bumi bergerak dengan sendirinya, sesuai dengan hukum Newton, dan karena itu gerakannya inersia. Namun, Copernicus membuktikan bahwa Bumi berputar mengelilingi Matahari, yaitu, ia membuat gerakan yang dipercepat sehubungan dengan objek tak bergerak bersyarat, yang mungkin berupa bintang.
Jadi, ada sistem referensi yang berbeda. Non-inersia disebut hanya mereka di mana ada gerak dipercepat, yang ditentukan dalam kaitannya dengan kerangka inersia.
Bumi sebagai kerangka acuan
Kerangka acuan non-inersia, contohnya dapat ditemukan hampir di mana-mana, adalah tipikal untuk benda dengan lintasan gerak yang kompleks. Bumi berputar mengelilingi Matahari, yang menciptakan karakteristik gerak dipercepat dari kerangka acuan non-inersia. Namun, dalam praktik sehari-hari, segala sesuatu yang kita temui di Bumi cukup konsisten dengan postulat Newton. Soalnya koreksi gerak non-inersia untuk sistem referensi yang terhubung dengan Bumi sangat kecil dan tidak berperan besar bagi kita. Dan persamaan Newton untuk alasan yang sama ternyata valid secara umum.
bandul Foucault
Namun, dalam beberapa kasus, amandemen diperlukan. Misalnya, bandul Foucault yang terkenal di dunia di Katedral St. Petersburg tidak hanya berosilasi secara linier, tetapi juga berputar perlahan. Rotasi ini disebabkan oleh gerakan non-inersia Bumi di luar angkasa.
Untuk pertama kalinya hal ini diketahui pada tahun 1851 setelah eksperimen ilmuwan Prancis L. Foucault. Eksperimen itu sendiri dilakukan bukan di St. Petersburg, tetapi di Paris, di aula besar. Berat bola bandul itu sekitar 30 kg, dan panjang benang penghubungnya sebanyak 67 meter.
Dalam kasus di mana hanya rumus Newton untuk kerangka acuan inersia tidak cukup untuk menggambarkan gerakan, apa yang disebut gaya inersia ditambahkan ke dalamnya.
Sifat-sifat kerangka acuan non-inersia
Kerangka acuan non-inersia melakukan berbagai gerakan relatif terhadap yang inersia. Ini bisa berupa gerakan maju, rotasi, gerakan gabungan yang kompleks. Literatur juga memberikan contoh sederhana dari kerangka acuan non-inersia seperti elevator yang bergerak cepat. Karena gerakannya yang dipercepat, kita merasa seperti ditekan ke lantai, atau, sebaliknya, ada perasaan hampir tanpa bobot. Hukum mekanika Newton tidak dapat menjelaskan fenomena seperti itu. Jika Anda mengikuti fisikawan terkenal, maka setiap saat gravitasi yang sama akan bekerja pada seseorang di dalam lift, yang berarti bahwa sensasinya harus sama, namun, pada kenyataannya semuanya berbeda. Oleh karena itu, perlu ditambahkan gaya tambahan pada hukum Newton, yang disebut gaya inersia.
gaya inersia
Gaya inersia adalah gaya yang bekerja nyata, meskipun sifatnya berbeda dari gaya yang terkait dengan interaksi antara benda-benda di ruang angkasa. Ini diperhitungkan dalam pengembangan struktur dan perangkat teknis, dan memainkan peran penting dalam pekerjaan mereka. Gaya inersia diukur dengan berbagai cara, misalnya menggunakan dinamometer pegas. Kerangka acuan non-inersia tidak tertutup, karena gaya-gaya inersia dianggap eksternal. Gaya inersia adalah faktor fisik objektif dan tidak bergantung pada kehendak dan pendapat pengamat.
Sistem referensi inersia dan non-inersia, contohnya dapat ditemukan di buku teks fisika, adalah aksi gaya inersia, gaya sentrifugal, gaya Coriolis, perpindahan momentum dari satu benda ke benda lain, dan lain-lain.
Gerakan di dalam lift
Sistem referensi non-inersia, gaya inersia menunjukkan diri dengan baik selama pendakian atau penurunan yang dipercepat. Jika lift bergerak ke atas dengan percepatan, maka gaya inersia yang dihasilkan cenderung menekan orang tersebut ke lantai, dan saat mengerem, tubuh, sebaliknya, mulai tampak lebih ringan. Dalam hal manifestasi, gaya inersia dalam hal ini mirip dengan gaya gravitasi, tetapi memiliki sifat yang sama sekali berbeda. Gravitasi adalah gravitasi, yang berhubungan dengan interaksi antar benda.
gaya sentrifugal
Gaya dalam kerangka acuan non-inersia juga dapat berupa gaya sentrifugal. Hal ini diperlukan untuk memperkenalkan gaya seperti itu untuk alasan yang sama dengan gaya inersia. Contoh mencolok dari aksi gaya sentrifugal adalah rotasi pada korsel. Sementara kursi cenderung menahan orang dalam "orbitnya", gaya inersia menyebabkan tubuh ditekan ke bagian belakang luar kursi. Konfrontasi ini diekspresikan dalam munculnya fenomena seperti gaya sentrifugal.
gaya coriolis
Aksi gaya ini terkenal pada contoh rotasi Bumi. Itu hanya bisa disebut kekuatan bersyarat, karena tidak seperti itu. Inti dari tindakannya adalah bahwa selama rotasi (misalnya, Bumi), setiap titik benda bulat bergerak dalam lingkaran, sementara benda yang terlepas dari Bumi idealnya bergerak dalam garis lurus (seperti, misalnya, benda terbang bebas). di ruang hampa). Karena garis lintang adalah lintasan rotasi titik-titik di permukaan bumi, dan berbentuk cincin, setiap benda yang terlepas darinya dan awalnya bergerak di sepanjang garis ini, bergerak secara linier, mulai semakin menyimpang dari itu ke arah garis lintang yang lebih rendah.
Pilihan lain adalah ketika tubuh diluncurkan ke arah meridional, tetapi karena rotasi Bumi, dari sudut pandang pengamat duniawi, gerakan tubuh tidak lagi sepenuhnya meridional.
Gaya Coriolis memiliki pengaruh besar pada perkembangan proses atmosfer. Di bawah pengaruhnya, air menghantam pantai timur sungai yang mengalir ke arah meridional lebih kuat, secara bertahap mengikisnya, yang mengarah pada munculnya tebing. Di bagian barat, sebaliknya, curah hujan diendapkan, sehingga lebih lembut dan sering dibanjiri air saat banjir. Benar, ini bukan satu-satunya alasan yang mengarah pada fakta bahwa satu sisi sungai lebih tinggi dari yang lain, tetapi dalam banyak kasus itu dominan.
Gaya Coriolis juga memiliki konfirmasi eksperimental. Itu diperoleh oleh fisikawan Jerman F. Reich. Dalam percobaan, tubuh jatuh dari ketinggian 158 m, total 106 percobaan seperti itu dilakukan. Selama musim gugur, tubuh menyimpang dari lintasan bujursangkar (dari sudut pandang pengamat bumi) sekitar 30 mm.
Kerangka acuan inersia dan teori relativitas
Teori relativitas khusus Einstein diciptakan dalam kaitannya dengan kerangka acuan inersia. Apa yang disebut efek relativistik, menurut teori ini, seharusnya muncul dalam kasus kecepatan benda yang sangat tinggi relatif terhadap pengamat "stasioner". Semua rumus teori relativitas khusus juga ditulis untuk gerak seragam yang melekat dalam kerangka acuan inersia. Postulat pertama dari teori ini menegaskan kesetaraan dari setiap sistem referensi inersia, yaitu, tidak adanya sistem khusus yang dibedakan didalilkan.
Namun, ini mempertanyakan kemungkinan pengujian efek relativistik (dan juga fakta kehadirannya), yang menyebabkan munculnya fenomena seperti paradoks kembar. Karena kerangka acuan yang terkait dengan roket dan Bumi pada dasarnya sama, efek pelebaran waktu pada pasangan "Roket Bumi" hanya akan bergantung pada lokasi pengamat. Jadi, bagi pengamat roket, waktu di Bumi harus berjalan lebih lambat, dan bagi seseorang di planet kita, sebaliknya, waktu di roket harus lebih lambat. Akibatnya, si kembar yang tetap tinggal di Bumi akan melihat adik laki-lakinya yang datang, dan orang yang berada di roket, setelah tiba, akan melihat yang lebih muda daripada yang tinggal di Bumi. Jelas bahwa ini secara fisik tidak mungkin.
Ini berarti bahwa untuk mengamati efek relativistik, diperlukan kerangka acuan khusus yang dibedakan. Sebagai contoh, diasumsikan bahwa kita mengamati peningkatan relativistik dalam masa hidup muon jika mereka bergerak dengan kecepatan mendekati cahaya relatif terhadap Bumi. Ini berarti bahwa Bumi harus (apalagi, tanpa alternatif) memiliki sifat-sifat prioritas, kerangka acuan dasar, yang bertentangan dengan postulat pertama SRT. Prioritas hanya mungkin jika Bumi adalah pusat alam semesta, yang hanya konsisten dengan gambaran primitif dunia dan bertentangan dengan fisika.
Kerangka acuan non-inersia sebagai cara yang gagal untuk menjelaskan paradoks kembar
Upaya untuk menjelaskan prioritas sistem referensi "terestrial" tidak dapat dikritik. Beberapa ilmuwan mengaitkan prioritas ini secara tepat dengan faktor kelembaman satu dan non-kelembaman kerangka acuan lain. Pada saat yang sama, kerangka acuan yang terkait dengan pengamat di Bumi dianggap inersia, meskipun faktanya dalam ilmu fisika secara resmi diakui sebagai non-inersia (Detlaf, Yavorsky, kursus fisika, 2000). Ini adalah yang pertama. Yang kedua adalah prinsip kesetaraan yang sama dari setiap sistem referensi. Jadi, jika pesawat ruang angkasa meninggalkan Bumi dengan percepatan, maka dari sudut pandang pengamat di kapal itu sendiri, itu statis, dan Bumi, sebaliknya, terbang menjauh darinya dengan kecepatan yang meningkat.
Ternyata Bumi sendiri adalah kerangka acuan khusus, atau efek yang diamati memiliki penjelasan yang berbeda (non-relativistik). Mungkin proses tersebut terkait dengan spesifik pengaturan atau interpretasi eksperimen, atau mekanisme fisik lainnya dari fenomena yang diamati.
Kesimpulan
Dengan demikian, kerangka acuan non-inersia menyebabkan munculnya gaya-gaya yang belum menemukan tempatnya dalam hukum mekanika Newton. Saat menghitung untuk sistem non-inersia, kekuatan ini harus diperhitungkan, termasuk saat mengembangkan produk teknis.
pertanyaan.
1. Bagaimana suatu benda dapat bergerak jika tidak ada benda lain yang bekerja padanya?
Tubuh bergerak seragam dan bujursangkar, atau diam.
2. Benda bergerak lurus beraturan. Apakah itu mengubah kecepatannya?
Jika sebuah benda bergerak lurus dan beraturan, maka kecepatannya tidak berubah.
3. Pandangan apa tentang keadaan istirahat dan pergerakan tubuh yang ada sebelum awal abad ke-17?
Sampai awal abad ke-17, teori Aristoteles mendominasi, yang menurutnya, jika tidak ada pengaruh eksternal yang diberikan padanya, maka ia dapat beristirahat, dan agar dapat bergerak dengan kecepatan konstan, benda lain harus terus-menerus bertindak di atasnya.
4. Bagaimana sudut pandang Galileo tentang gerak benda berbeda dari sudut pandang Aristoteles?
Sudut pandang Galileo, tentang pergerakan benda, berbeda dari sudut pandang Aristoteles bahwa benda dapat bergerak tanpa adanya kekuatan eksternal.
5. Bagaimana percobaan yang ditunjukkan pada Gambar 19 dilakukan, dan kesimpulan apa yang mengikutinya?
Kursus pengalaman. Ada dua bola di atas troli yang bergerak beraturan dan lurus relatif terhadap tanah. Satu bola diletakkan di bagian bawah kereta, dan yang kedua digantungkan pada seutas benang. Bola dalam keadaan diam relatif terhadap kereta, karena gaya yang bekerja padanya seimbang. Saat pengereman, kedua bola bergerak. Mereka mengubah kecepatan mereka relatif terhadap kereta, meskipun tidak ada gaya yang bekerja pada mereka. Kesimpulan: Akibatnya, dalam kerangka acuan yang terkait dengan kereta pengereman, hukum inersia tidak terpenuhi.
6. Bagaimana hukum pertama Newton dibaca? (dalam istilah modern)?
Hukum pertama Newton dalam perumusan modern: ada sistem referensi sehubungan dengan benda yang menjaga kecepatannya tidak berubah jika tidak terpengaruh oleh benda lain (gaya) atau aksi benda ini (gaya) dikompensasi (sama dengan nol).
7. Sistem referensi apa yang disebut inersia, dan mana yang non-inersia?
Kerangka acuan di mana hukum inersia terpenuhi disebut inersia, dan di mana tidak terpenuhi - non-inersia.
Ya kamu bisa. Ini mengikuti dari definisi kerangka acuan inersia.
9. Apakah kerangka acuan bergerak dengan percepatan relatif terhadap kerangka inersia?
Tidak, tidak inersia.
Latihan.
1. Di atas meja, di dalam kereta api yang bergerak lurus dan seragam, terdapat sebuah mobil mainan yang mudah dipindahkan. Ketika kereta mengerem, mobil berguling ke depan tanpa pengaruh eksternal, mempertahankan kecepatannya relatif terhadap tanah.
Apakah hukum inersia terpenuhi: a) dalam kerangka acuan yang dihubungkan dengan bumi; b) dalam kerangka acuan yang terkait dengan kereta api, selama gerak lurus dan seragamnya? Saat pengereman?
Apakah mungkin dalam kasus yang dijelaskan untuk mempertimbangkan kerangka acuan yang terhubung dengan bumi menjadi inersia? dengan kereta api?
a) Ya, hukum kelembaman dipenuhi dalam semua kasus, karena mesin terus bergerak relatif terhadap Bumi; b) Dalam kasus gerak lurus dan seragam kereta api, hukum inersia dipenuhi (mesin diam), tetapi tidak saat pengereman. Bumi dalam semua kasus adalah kerangka acuan inersia, dan kereta api hanya bergerak lurus dan seragam.
