უძველესი ფილოსოფოსები ცდილობდნენ გაეგოთ მოძრაობის არსი, დაედგინათ ვარსკვლავებისა და მზის გავლენა ადამიანზე. გარდა ამისა, ადამიანები ყოველთვის ცდილობდნენ გამოეკვეთათ ის ძალები, რომლებიც მოქმედებენ მატერიალურ წერტილზე მისი მოძრაობის პროცესში, ასევე დასვენების მომენტში.

არისტოტელეს სჯეროდა, რომ მოძრაობის არარსებობის შემთხვევაში სხეულზე არანაირი ძალა არ მოქმედებს. შევეცადოთ გავარკვიოთ რომელ საცნობარო სისტემებს ეწოდება ინერციული, ჩვენ მათ მაგალითებს მოვიყვანთ.

მოსვენების მდგომარეობა

ყოველდღიურ ცხოვრებაში ძნელია ასეთი მდგომარეობის იდენტიფიცირება. მექანიკური მოძრაობის თითქმის ყველა სახეობაში, ვარაუდობენ ზედმეტი ძალების არსებობას. მიზეზი არის ხახუნის ძალა, რომელიც ბევრ ობიექტს არ აძლევს საშუალებას დატოვოს თავდაპირველი პოზიცია, დატოვოს მოსვენების მდგომარეობა.

ინერციული საცნობარო სისტემების მაგალითების გათვალისწინებით, ჩვენ აღვნიშნავთ, რომ ისინი ყველა შეესაბამება ნიუტონის პირველ კანონს. მხოლოდ მისი აღმოჩენის შემდეგ გახდა შესაძლებელი დასვენების მდგომარეობის ახსნა, სხეულზე ამ მდგომარეობაში მოქმედი ძალების მითითება.

ნიუტონის 1 კანონის განცხადება

თანამედროვე ინტერპრეტაციაში ის განმარტავს კოორდინატთა სისტემების არსებობას, რომელთა მიმართაც შეიძლება განიხილოს მატერიალურ წერტილზე მოქმედი გარე ძალების არარსებობა. ნიუტონის თვალსაზრისით, საცნობარო სისტემებს ინერციული ეწოდება, რაც გვაძლევს საშუალებას განვიხილოთ სხეულის სიჩქარის შენარჩუნება დიდი ხნის განმავლობაში.

განმარტებები

რა მითითების ჩარჩოებია ინერციული? მათი მაგალითები შესწავლილია სკოლის ფიზიკის კურსზე. ინერციული საცნობარო სისტემებად ითვლება ისეთები, რომელთა მიმართაც მატერიალური წერტილი მოძრაობს მუდმივი სიჩქარით. ნიუტონმა განმარტა, რომ ნებისმიერი სხეული შეიძლება იყოს მსგავს მდგომარეობაში, სანამ არ არის საჭირო მასზე ძალების გამოყენება, რომლებსაც შეუძლიათ შეცვალონ ასეთი მდგომარეობა.

სინამდვილეში, ინერციის კანონი ყველა შემთხვევაში არ სრულდება. ინერციული და არაინერციული მითითების მაგალითების გაანალიზებისას, განიხილეთ ადამიანი, რომელიც მოძრავ სატრანსპორტო საშუალების ხელთათმანებს უჭირავს. მანქანის მკვეთრი დამუხრუჭებით, ადამიანი ავტომატურად მოძრაობს მანქანასთან შედარებით, მიუხედავად გარე ძალის არარსებობისა.

გამოდის, რომ ინერციული ათვლის სისტემის ყველა მაგალითი არ შეესაბამება 1 ნიუტონის კანონის ფორმულირებას. ინერციის კანონის გასარკვევად შემოღებულ იქნა შესწორებული მითითება, რომელშიც ის უნაკლოდ არის შესრულებული.

საცნობარო სისტემების ტიპები

რომელ საცნობარო სისტემებს ეწოდება ინერციული? მალე გაირკვევა. „მოეცით ინერციული საცნობარო სისტემების მაგალითები, რომლებშიც სრულდება ნიუტონის 1 კანონი“ - მსგავს დავალებას სთავაზობენ სკოლის მოსწავლეებს, რომლებმაც მეცხრე კლასში გამოცდად ფიზიკა აირჩიეს. ამოცანის შესასრულებლად აუცილებელია წარმოდგენა გქონდეთ ინერციული და არაინერციული მითითების სისტემაზე.

ინერცია გულისხმობს სხეულის მოსვენების ან ერთგვაროვანი სწორხაზოვანი მოძრაობის შენარჩუნებას მანამ, სანამ სხეული იზოლირებულ მდგომარეობაშია. „იზოლირებულად“ განიხილება სხეულები, რომლებიც არ არიან დაკავშირებული, არ ურთიერთობენ, მოშორებულნი არიან ერთმანეთისგან.

განვიხილოთ ინერციული მითითების სისტემის რამდენიმე მაგალითი. ვივარაუდოთ, რომ ვარსკვლავი გალაქტიკაში, როგორც საცნობარო სისტემა და არა მოძრავი ავტობუსი, ინერციის კანონის განხორციელება ლიანდაგზე მიბმული მგზავრებისთვის უნაკლო იქნება.

დამუხრუჭების დროს ეს მანქანა გააგრძელებს ერთნაირად მოძრაობას სწორი ხაზით, სანამ მასზე სხვა ორგანოები იმოქმედებენ.

რა არის ინერციული მითითების სისტემის რამდენიმე მაგალითი? მათ არ უნდა ჰქონდეთ კავშირი გაანალიზებულ სხეულთან, იმოქმედონ მის ინერტულობაზე.

სწორედ ასეთი სისტემებისთვის სრულდება ნიუტონის 1 კანონი. რეალურ ცხოვრებაში ძნელია სხეულის მოძრაობის განხილვა ინერციულ მიმართვის ჩარჩოებთან მიმართებაში. შეუძლებელია შორეულ ვარსკვლავთან მოხვედრა მისგან ხმელეთის ექსპერიმენტების ჩასატარებლად.

დედამიწა აღებულია როგორც პირობითი საცნობარო სისტემები, მიუხედავად იმისა, რომ იგი ასოცირდება მასზე მოთავსებულ ობიექტებთან.

შესაძლებელია აჩქარების გამოთვლა ინერციულ საორიენტაციო სისტემაში, თუ დედამიწის ზედაპირს განვიხილავთ ათვლის სისტემად. ფიზიკაში არ არსებობს ნიუტონის 1 კანონის მათემატიკური ჩანაწერი, მაგრამ სწორედ ის არის მრავალი ფიზიკური განმარტებისა და ტერმინის წარმოშობის საფუძველი.

საცნობარო ინერციული სისტემების მაგალითები

სკოლის მოსწავლეებს ზოგჯერ უჭირთ ფიზიკური მოვლენების გაგება. მეცხრეკლასელებს სთავაზობენ შემდეგი შინაარსის დავალებას: „რა საცნობარო ჩარჩოებს უწოდებენ ინერციულს? მიეცით ასეთი სისტემების მაგალითები. დავუშვათ, რომ ბურთიანი ურიკა თავდაპირველად ბრტყელ ზედაპირზე მოძრაობს მუდმივი სიჩქარით. შემდეგ ის მოძრაობს ქვიშის გასწვრივ, რის შედეგადაც ბურთი დგება აჩქარებულ მოძრაობაში, მიუხედავად იმისა, რომ მასზე სხვა ძალები არ მოქმედებს (მათი მთლიანი ეფექტი ნულის ტოლია).

იმის არსი, რაც ხდება, შეიძლება აიხსნას იმით, რომ ქვიშიანი ზედაპირის გასწვრივ მოძრაობისას სისტემა წყვეტს ინერციას, მას აქვს მუდმივი სიჩქარე. ინერციული და არაინერციული საცნობარო ჩარჩოების მაგალითები მიუთითებს იმაზე, რომ მათი გადასვლა ხდება დროის გარკვეულ პერიოდში.

როდესაც სხეული აჩქარებს, მის აჩქარებას დადებითი მნიშვნელობა აქვს, ხოლო დამუხრუჭებისას ეს მაჩვენებელი უარყოფითი ხდება.

მრუდი მოძრაობა

ვარსკვლავებთან და მზესთან შედარებით, დედამიწის მოძრაობა ხორციელდება მრუდი ტრაექტორიის გასწვრივ, რომელსაც აქვს ელიფსის ფორმა. მითითების ის ჩარჩო, რომელშიც ცენტრი მზესთან არის გასწორებული და ღერძები მიმართულია გარკვეული ვარსკვლავებისკენ, ჩაითვლება ინერციულად.

გაითვალისწინეთ, რომ ნებისმიერი მითითების სისტემა, რომელიც მოძრაობს სწორი ხაზით და თანაბრად ჰელიოცენტრულ ჩარჩოსთან შედარებით, ინერციულია. მრუდი მოძრაობა ხორციელდება გარკვეული აჩქარებით.

თუ გავითვალისწინებთ იმ ფაქტს, რომ დედამიწა მოძრაობს თავისი ღერძის გარშემო, საცნობარო სისტემა, რომელიც დაკავშირებულია მის ზედაპირთან, ჰელიოცენტრულთან შედარებით, მოძრაობს გარკვეული აჩქარებით. ასეთ ვითარებაში შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ საანგარიშო სისტემა, რომელიც დაკავშირებულია დედამიწის ზედაპირთან, მოძრაობს აჩქარებით ჰელიოცენტრულთან მიმართებაში, ამიტომ არ შეიძლება ჩაითვალოს ინერციულად. მაგრამ ასეთი სისტემის აჩქარების ღირებულება იმდენად მცირეა, რომ ხშირ შემთხვევაში ის მნიშვნელოვნად მოქმედებს მასთან შედარებით განხილული მექანიკური ფენომენების სპეციფიკაზე.

ტექნიკური ხასიათის პრაქტიკული პრობლემების გადასაჭრელად, ჩვეულებრივ, ინერციულად მიჩნეულია საცნობარო სისტემა, რომელიც მყარად არის დაკავშირებული დედამიწის ზედაპირთან.

ფარდობითობა გალილეო

ყველა ინერციული მითითების სისტემას აქვს მნიშვნელოვანი თვისება, რომელიც აღწერილია ფარდობითობის პრინციპით. მისი არსი მდგომარეობს იმაში, რომ ნებისმიერი მექანიკური ფენომენი ერთსა და იმავე საწყის პირობებში ხორციელდება იმავე გზით, არჩეული საცნობარო ჩარჩოს მიუხედავად.

ISO-ს თანასწორობა ფარდობითობის პრინციპის მიხედვით გამოიხატება შემდეგ დებულებებში:

• ასეთ სისტემებში ისინი ერთნაირია, ამიტომ მათ მიერ აღწერილი ნებისმიერი განტოლება, გამოხატული კოორდინატებისა და დროის მიხედვით, უცვლელი რჩება.
• მიმდინარე მექანიკური ექსპერიმენტების შედეგები იძლევა იმის დადგენას, იქნება თუ არა საცნობარო სისტემა მოსვენებულ მდგომარეობაში, თუ ასრულებს თუ არა სწორხაზოვან ერთგვაროვან მოძრაობას. ნებისმიერი სისტემა შეიძლება პირობითად იქნას აღიარებული უმოძრაოდ, თუ მეორე ამავე დროს მოძრაობს მასთან შედარებით გარკვეული სიჩქარით.
• მექანიკის განტოლებები უცვლელი რჩება საკოორდინაციო გარდაქმნების მიმართ ერთი სისტემიდან მეორეზე გადასვლის შემთხვევაში. შესაძლებელია ერთი და იგივე ფენომენის აღწერა სხვადასხვა სისტემაში, მაგრამ მათი ფიზიკური ბუნება არ შეიცვლება.

Პრობლემის გადაჭრა

პირველი მაგალითი.

დაადგინეთ არის თუ არა ინერციული საცნობარო სისტემა: ა) დედამიწის ხელოვნური თანამგზავრი; ბ) ბავშვთა მიზიდულობა.

უპასუხე.პირველ შემთხვევაში, საუბარი არ არის ინერციული საცნობარო სისტემის შესახებ, რადგან თანამგზავრი ორბიტაზე მოძრაობს სიმძიმის ძალის გავლენის ქვეშ, შესაბამისად, მოძრაობა ხდება გარკვეული აჩქარებით.

მეორე მაგალითი.

ანგარიშგების სისტემა მყარად არის დაკავშირებული ლიფტთან. რა სიტუაციებში შეიძლება ეწოდოს მას ინერციული? თუ ლიფტი: ა) დაეცემა; ბ) თანაბრად მოძრაობს ზემოთ; გ) სწრაფად ამოდის დ) თანაბრად მიმართული ქვევით.

უპასუხე.ა) თავისუფალ ვარდნაში ჩნდება აჩქარება, ამიტომ ლიფტთან ასოცირებული საანგარიშო ჩარჩო არ იქნება ინერციული.

ბ) ლიფტის ერთგვაროვანი მოძრაობით სისტემა ინერციულია.

გ) გარკვეული აჩქარებით მოძრაობისას ათვლის ჩარჩო ინერციულად ითვლება.

დ) ლიფტი ნელა მოძრაობს, აქვს უარყოფითი აჩქარება, ამიტომ საორიენტაციო ჩარჩოს არ შეიძლება ეწოდოს ინერციული.

დასკვნა

მთელი თავისი არსებობის მანძილზე კაცობრიობა ცდილობდა გაეგო ბუნებაში მომხდარი ფენომენები. მოძრაობის ფარდობითობის ახსნის მცდელობა გალილეო გალილეიმ გააკეთა. ისააკ ნიუტონმა მოახერხა ინერციის კანონის გამოყვანა, რომელიც დაიწყო მექანიკაში გამოთვლების მთავარ პოსტულატად გამოყენება.

ამჟამად სხეულის პოზიციის განსაზღვრის სისტემაში შედის სხეული, დროის განმსაზღვრელი მოწყობილობა, ასევე კოორდინატთა სისტემა. იმისდა მიხედვით, სხეული მოძრავია თუ სტაციონარული, შესაძლებელია გარკვეული საგნის პოზიციის დახასიათება დროის სასურველ პერიოდში.

ეკვივალენტურია თეორიულ მექანიკაში გამოსაყენებლად მოსახერხებელი შემდეგი ფორმულირება: „ინერციული საცნობარო სისტემა ეწოდება, რომლის მიმართაც სივრცე ერთგვაროვანი და იზოტროპულია, ხოლო დრო ერთგვაროვანი“. ნიუტონის კანონები, ისევე როგორც დინამიკის ყველა სხვა აქსიომა კლასიკურ მექანიკაში, ჩამოყალიბებულია ინერციულ საცნობარო სისტემებთან მიმართებაში.

ტერმინი „ინერციული სისტემა“ (გერმანული ინერციული სისტემა) შემოგვთავაზეს 1885 წელს ლუდვიგ-ლანგე?!და ნიშნავდა კოორდინატთა სისტემას, რომელშიც მოქმედებს ნიუტონის კანონები. როგორც ლანგემ მოიფიქრა, ეს ტერმინი უნდა შეცვალოს აბსოლუტური სივრცის კონცეფცია, რომელიც ამ პერიოდში დამანგრეველი კრიტიკის ქვეშ იყო. ფარდობითობის თეორიის მოსვლასთან ერთად, კონცეფცია განზოგადდა "ინერციული მითითების სისტემაზე".

ენციკლოპედიური YouTube

1 / 3

✪ ინერციული საცნობარო სისტემები. ნიუტონის პირველი კანონი | ფიზიკა 9 კლასი #10 | საინფორმაციო გაკვეთილი

✪ როგორია ნიუტონის პირველი კანონის ინერციული ათვლის სისტემა

✪ ინერციული და არაინერციული მითითების ჩარჩოები (1)

სუბტიტრები

მითითების ინერციული სისტემების თვისებები

ნებისმიერი საცნობარო სისტემა, რომელიც მოძრაობს ერთნაირად, სწორხაზოვნად და IFR-თან შედარებით ბრუნვის გარეშე, ასევე არის IFR. ფარდობითობის პრინციპის მიხედვით, ყველა IFR თანაბარია და ფიზიკის ყველა კანონი უცვლელია ერთი IFR-დან მეორეზე გადასვლასთან დაკავშირებით. ეს ნიშნავს, რომ მათში ფიზიკის კანონების გამოვლინებები ერთნაირად გამოიყურება და ამ კანონების ჩანაწერებს აქვთ იგივე ფორმა სხვადასხვა ISO-ში.

იზოტროპულ სივრცეში მინიმუმ ერთი IFR-ის არსებობის ვარაუდი მივყავართ დასკვნამდე, რომ არსებობს ასეთი სისტემების უსასრულო ნაკრები, რომლებიც მოძრაობენ ერთმანეთთან შედარებით ერთნაირად, სწორხაზოვნად და მთარგმნელობით ყველა შესაძლო სიჩქარით. თუ IFRs არსებობს, მაშინ სივრცე იქნება ერთგვაროვანი და იზოტროპული, ხოლო დრო - ერთგვაროვანი; ნოეთერის თეორემის მიხედვით, სივრცის ერთგვაროვნება გადანაცვლებებთან მიმართებაში მისცემს იმპულსის შენარჩუნების კანონს, იზოტროპია გამოიწვევს იმპულსის შენარჩუნებას, ხოლო დროის ერთგვაროვნება შეინარჩუნებს მოძრავი სხეულის ენერგიას.

თუ რეალური სხეულების მიერ რეალიზებულ IFR-ების ფარდობითი მოძრაობის სიჩქარეს შეუძლია მიიღოს რაიმე მნიშვნელობა, კავშირი სხვადასხვა IFR-ებში ნებისმიერი „მოვლენის“ კოორდინატებსა და დროის მომენტებს შორის ხორციელდება გალილეის გარდაქმნებით.

კავშირი რეალურ საცნობარო სისტემებთან

აბსოლუტურად ინერციული სისტემები მათემატიკური აბსტრაქციაა და ბუნებაში არ არსებობს. თუმცა, არსებობს საცნობარო ჩარჩოები, რომლებშიც ერთმანეთისგან საკმარისად დაშორებული სხეულების ფარდობითი აჩქარება (გაზომილი დოპლერის ეფექტით) არ აღემატება 10-10 მ/წმ-ს, მაგალითად,

ინერციული საცნობარო სისტემა (ISO)- მითითების სისტემა, რომელშიც მოქმედებს ინერციის კანონი: ყველა თავისუფალი სხეული (ანუ ის, რომლებზეც გარე ძალები არ მოქმედებენ ან ამ ძალების მოქმედება კომპენსირდება) მოძრაობს მათში სწორხაზოვნად და ერთნაირად ან ისვენებს მათში.

არაინერციული მითითების სისტემა- თვითნებური მითითების სისტემა, რომელიც არ არის ინერციული. ნებისმიერი საცნობარო სისტემა, რომელიც მოძრაობს ინერციულთან მიმართებაში აჩქარებით, არაინერციულია.

ნიუტონის პირველი კანონი -არსებობს ათვლის ინერციული სისტემა, ანუ ათვლის ისეთი ჩარჩოები, რომლებშიც სხეული ერთნაირად და სწორხაზოვნად მოძრაობს, თუ მასზე სხვა სხეულები არ მოქმედებენ. ამ კანონის მთავარი როლი არის ხაზგასმით აღვნიშნო, რომ ამ საანგარიშო ჩარჩოებში სხეულების მიერ მიღებული ყველა აჩქარება არის სხეულების ურთიერთქმედების შედეგი. მოძრაობის შემდგომი აღწერა უნდა განხორციელდეს მხოლოდ ინერციული მითითების ჩარჩოებში.

 ნიუტონის მეორე კანონიაცხადებს, რომ სხეულის აჩქარების მიზეზი არის სხეულების ურთიერთქმედება, რომლის მახასიათებელია ძალა. ეს კანონი იძლევა დინამიკის ძირითად განტოლებას, რაც შესაძლებელს ხდის, პრინციპში, ვიპოვოთ სხეულის მოძრაობის კანონი, თუ ცნობილია მასზე მოქმედი ძალები. ეს კანონი შეიძლება ჩამოყალიბდეს შემდეგნაირად (სურ. 100):

წერტილის სხეულის (მატერიალური წერტილის) აჩქარება პირდაპირპროპორციულია სხეულზე მოქმედი ძალების ჯამისა და სხეულის მასის უკუპროპორციულია:

აქ ფ− შედეგად მიღებული ძალა, ანუ სხეულზე მოქმედი ყველა ძალის ვექტორული ჯამი. ერთი შეხედვით, განტოლება (1) წინა ნაწილში მოცემული ძალის განმარტების ჩაწერის სხვა ფორმაა. თუმცა, ეს არ არის მთლად სიმართლე. პირველი, ნიუტონის კანონი ამბობს, რომ განტოლება (1) მოიცავს სხეულზე მოქმედი ყველა ძალის ჯამს, რომელიც არ არის ძალის განმარტებაში. მეორეც, ნიუტონის მეორე კანონი ცალსახად ხაზს უსვამს, რომ ძალა არის სხეულის აჩქარების მიზეზი და არა პირიქით.

 ნიუტონის მესამე კანონიხაზს უსვამს, რომ აჩქარების მიზეზი არის სხეულების ურთიერთმოქმედება ერთმანეთზე. მაშასადამე, ურთიერთმოქმედ სხეულებზე მოქმედი ძალები ერთი და იგივე ურთიერთქმედების მახასიათებელია. ამ თვალსაზრისით არაფერია გასაკვირი ნიუტონის მესამე კანონში (სურ. 101):

წერტილოვანი სხეულები (მატერიალური წერტილები) ურთიერთქმედებენ ძალებთან, რომლებიც ტოლია სიდიდის და მიმართულების საწინააღმდეგოდ და მიმართულია ამ სხეულების დამაკავშირებელი სწორი ხაზის გასწვრივ:

სადაც ფ 12 − ძალა, რომელიც მოქმედებს პირველ სხეულზე მეორედან, ა ფ 21 არის ძალა, რომელიც მოქმედებს მეორე სხეულზე პირველიდან. ცხადია, ეს ძალები ერთნაირი ბუნებისაა. ეს კანონი ასევე არის მრავალი ექსპერიმენტული ფაქტის განზოგადება. აღვნიშნოთ, რომ სინამდვილეში სწორედ ეს კანონია წინა ნაწილში მოცემული სხეულების მასის დადგენის საფუძველი.

მატერიალური წერტილის მოძრაობის განტოლება არაინერციულ ათვლის სისტემაში შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც :

სად - წონასხეულები, - სხეულის აჩქარება და სიჩქარე არაინერციულ ათვლის სისტემასთან მიმართებაში, - სხეულზე მოქმედი ყველა გარეგანი ძალის ჯამი, - პორტატული აჩქარებასხეულები - კორიოლისის აჩქარებასხეულები, - საწყისზე გამავალი მყისიერი ღერძის ირგვლივ არაინერციული ათვლის სისტემის ბრუნვის კუთხური სიჩქარე, - არაინერციული ათვლის სისტემის საწყისის მოძრაობის სიჩქარე ნებისმიერ ინერციულ ათვლის სისტემასთან მიმართებაში. .

ეს განტოლება შეიძლება დაიწეროს ჩვეულებრივი ფორმით ნიუტონის მეორე კანონი, თუ შედიხარ ინერციის ძალები:

არაინერციულ ათვლის სისტემაში წარმოიქმნება ინერციული ძალები. ამ ძალების გამოჩენა არაინერციული მითითების სისტემის ნიშანია.

საცნობარო სისტემას, რომელიც მოძრაობს (ვარსკვლავებთან შედარებით) ერთნაირად და სწორხაზოვნად (ე.ი. ინერციით) ინერციული ეწოდება. ცხადია, ასეთი საორიენტაციო ჩარჩოები უთვალავია, ვინაიდან რომელიმე ინერციული საცნობარო ჩარჩოს მიმართ ერთგვაროვნად და სწორხაზოვნად მოძრავი ნებისმიერი ჩარჩო ასევე ინერციულია, აჩქარებით მოძრავ (ინერციულ ჩარჩოსთან შედარებით) საორიენტაციო ჩარჩოებს არაინერციული ეწოდება.

ამას გამოცდილება აჩვენებს

ყველა ინერციული მითითების სისტემაში, ყველა მექანიკური პროცესი მიმდინარეობს ზუსტად ერთნაირად (იგივე პირობებში).

ეს პოზიცია, რომელსაც ეწოდება ფარდობითობის მექანიკური პრინციპი (ან გალილეოს ფარდობითობის პრინციპი), ჩამოყალიბდა 1636 წელს გალილეოს მიერ. გალილეომ ეს ახსნა მშვიდი ზღვაზე თანაბრად და სწორხაზოვნად მცურავი გემის სალონში მიმდინარე მექანიკური პროცესების მაგალითით. სალონში დამკვირვებლისთვის ქანქარის რხევა, სხეულების დაცემა და სხვა მექანიკური პროცესები ზუსტად ისევე მიმდინარეობს, როგორც სტაციონარული გემზე. ამიტომ, ამ პროცესებზე დაკვირვებით, შეუძლებელია დადგინდეს არც სიჩქარის სიდიდე და არც გემის მოძრაობის ფაქტი. იმისთვის, რომ ვიმსჯელოთ გემის მოძრაობაზე რომელიმე საცნობარო სისტემასთან (მაგალითად, ოკეანის ზედაპირის) მიმართ, აუცილებელია ამ სისტემაზე დაკვირვებაც (დანახვა, როგორ შორდებიან წყალზე მწოლიარე ობიექტები და ა.შ.) .

XX საუკუნის დასაწყისისთვის. აღმოჩნდა, რომ არა მხოლოდ მექანიკური, არამედ თერმული, ელექტრო, ოპტიკური და ბუნების ყველა სხვა პროცესი და ფენომენი ზუსტად ერთნაირად მიმდინარეობს ყველა ინერციულ საცნობარო სისტემაში. ამის საფუძველზე აინშტაინმა 1905 წელს ჩამოაყალიბა ფარდობითობის განზოგადებული პრინციპი, რომელსაც მოგვიანებით უწოდეს აინშტაინის ფარდობითობის პრინციპი:

ყველა ინერციული მითითების სისტემაში, ყველა ფიზიკური პროცესი მიმდინარეობს ზუსტად ერთნაირად (იგივე პირობებში).

ეს პრინციპი, დებულებასთან ერთად, რომ სინათლის გავრცელების სიჩქარე ვაკუუმში დამოუკიდებელია სინათლის წყაროს მოძრაობისგან (იხ. § 20), საფუძვლად დაედო აინშტაინის მიერ შემუშავებულ ფარდობითობის სპეციალურ თეორიას.

ნიუტონის კანონები და ჩვენს მიერ განხილული დინამიკის სხვა კანონები სრულდება მხოლოდ ინერციული მითითების ჩარჩოებში. არაინერციულ ინსტრუქციაში ეს კანონები, ზოგადად, აღარ მოქმედებს. განვიხილოთ მარტივი მაგალითი ბოლო განცხადების გასარკვევად.

იდეალურად გლუვ პლატფორმაზე, რომელიც ერთნაირად და სწორხაზოვნად მოძრაობს, იმავე პლატფორმაზე დევს მასის ბურთი დამკვირვებელი. კიდევ ერთი დამკვირვებელი დგას დედამიწაზე არც ისე შორს, სადაც პლატფორმა უნდა გაიაროს. აშკარაა, რომ ორივე დამკვირვებელი დაკავშირებულია ათვლის ინერციულ სისტემასთან.

მოდით ახლა, დედამიწასთან დაკავშირებული დამკვირვებლის გვერდით გავლის მომენტში, პლატფორმა იწყებს მოძრაობას a აჩქარებით, ანუ ხდება არაინერციული მიმართვის სისტემა. ამ შემთხვევაში, ბურთი, რომელიც ადრე ისვენებდა პლატფორმასთან მიმართებაში, დაიწყებს (მასთან შედარებით) მოძრაობას a აჩქარებით, მიმართულების საპირისპირო და პლატფორმის მიერ შეძენილი აჩქარების სიდიდის ტოლი. მოდით გავარკვიოთ, როგორ გამოიყურება ბურთის ქცევა თითოეული დამკვირვებლის თვალსაზრისით.

დამკვირვებლისთვის, რომელიც დაკავშირებულია ინერციულ საცნობარო სისტემასთან - დედამიწასთან, ბურთი აგრძელებს მოძრაობას ერთნაირად და სწორხაზოვნად ინერციის კანონის სრული დაცვით (რადგან მასზე არანაირი ძალა არ მოქმედებს, გარდა გრავიტაციისა, დაბალანსებული საყრდენის რეაქციით).

დამკვირვებელს, რომელიც დაკავშირებულია არაინერციულ საცნობარო სისტემასთან - პლატფორმასთან, აქვს განსხვავებული სურათი: ბურთი იწყებს მოძრაობას და იძენს აჩქარებას - მაგრამ ძალის გავლენის გარეშე (რადგან დამკვირვებელი ვერ ამჩნევს ზემოქმედებას სხვა სხეულების ბურთზე. რომელიც ანიჭებს აჩქარებას ბურთს). ეს აშკარად ეწინააღმდეგება ინერციის კანონს. ნიუტონის მეორე კანონი ასევე არ არის დაკმაყოფილებული: მისი გამოყენებით დამკვირვებელი მიიღებს, რომ (ძალა) a ეს შეუძლებელია, რადგან არც და არც a არ არის ნულის ტოლი.

ამასთან, შესაძლებელია დინამიკის კანონების გამოყენებადი მოძრაობების აღწერისთვის არაინერციულ ათვლის სისტემაში, თუ მხედველობაში მივიღებთ განსაკუთრებული სახის ძალებს - ინერციის ძალებს. შემდეგ, ჩვენს მაგალითში, პლატფორმაზე დაკავშირებულ დამკვირვებელს შეუძლია ჩათვალოს, რომ ბურთი მოძრაობს ინერციის ძალის მოქმედებით.

ინერციის ძალის შემოღება შესაძლებელს ხდის ნიუტონის მეორე კანონის (და მისი შედეგების) ჩაწერას ჩვეულებრივი ფორმით (იხ. § 7); მხოლოდ მოქმედი ძალის ქვეშ არის საჭირო „ჩვეულებრივი“ ძალებისა და ინერციის ძალების შედეგის გაგება.

სად არის სხეულის მასა და არის მისი აჩქარება.

ინერციის ძალებს ჩვენ ვუწოდეთ "განსაკუთრებული სახის" ძალები, ჯერ ერთი იმიტომ, რომ ისინი მოქმედებენ მხოლოდ არაინერციულ ათვლის ჩარჩოებში და მეორეც იმიტომ, რომ მათთვის, "ჩვეულებრივი" ძალებისგან განსხვავებით, შეუძლებელია სხვა სხეულების მითითება. (განსახილველ სხეულზე), ისინი განპირობებულია. ცხადია, ამ მიზეზით, შეუძლებელია ნიუტონის მესამე კანონის (და მისი შედეგების) გამოყენება ინერციის ძალებზე; ეს არის ინერციული ძალების მესამე თვისება.

ცალკეული სხეულების დაზუსტების შეუძლებლობა, რომელთა მოქმედება (განხილულ სხეულზე) გამოწვეულია ინერციის ძალებით, რა თქმა უნდა, არ ნიშნავს, რომ ამ ძალების გაჩენა საერთოდ არ არის დაკავშირებული რაიმე მასალის მოქმედებასთან. სხეულები. არსებობს სერიოზული მიზეზები ვივარაუდოთ, რომ ინერციის ძალები განპირობებულია სამყაროს მთელი სხეულების მოქმედებით (მთლიანად სამყაროს მასა).

ფაქტია, რომ ინერციის ძალებსა და მიზიდულობის ძალებს შორის დიდი მსგავსებაა: ორივე პროპორციულია სხეულის მასისა, რომელზედაც ისინი მოქმედებენ და, შესაბამისად, აჩქარება, რომელიც სხეულს მისცემს თითოეული ამ ძალის მიერ არ არის დამოკიდებული. სხეულის მასაზე. გარკვეულ პირობებში, ეს ძალები საერთოდ ვერ გამოირჩევიან. მოდით, მაგალითად, კოსმოსური ხომალდი აჩქარებით (ძრავების მუშაობის გამო) მოძრაობდეს სადღაც გარე სივრცეში. მასში მყოფი კოსმონავტი განიცდის ძალას, რომელიც აჭერს მას კოსმოსური ხომალდის „იატაკზე“ (უკანა კედელი მოძრაობის მიმართულების მიმართ). ეს ძალა ზუსტად იგივე ეფექტს შექმნის და ასტრონავტში იგივე შეგრძნებებს გამოიწვევს, რასაც გრავიტაციის შესაბამისი ძალა გამოიწვევდა.

თუ ასტრონავტს სჯერა, რომ მისი ხომალდი სამყაროსთან შედარებით აჩქარებით მოძრაობს, მაშინ მასზე მოქმედ ძალას ინერციის ძალას უწოდებს. თუმცა, თუ კოსმონავტი თვლის, რომ მისი ხომალდი უმოძრაოდ არის და სამყარო გემის გვერდით მიდის იგივე აჩქარებით, მაშინ ის ამ ძალას გრავიტაციულ ძალას უწოდებს. და ორივე თვალსაზრისი აბსოლუტურად თანაბარი იქნება. გემის შიგნით ჩატარებული არც ერთი ექსპერიმენტი ვერ დაამტკიცებს ერთის სისწორეს და მეორეს მცდარობას.

განხილული და სხვა მსგავსი მაგალითებიდან გამომდინარეობს, რომ ათვლის სისტემის აჩქარებული მოძრაობა უდრის (სხეულებზე ზემოქმედებით) შესაბამისი გრავიტაციული ძალების წარმოქმნას. ამ პოზიციას ეწოდება მიზიდულობისა და ინერციის ძალების ეკვივალენტობის პრინციპი (აინშტაინის ეკვივალენტობის პრინციპი); ეს პრინციპი ფარდობითობის ზოგადი თეორიის საფუძველია.

ინერციის ძალები წარმოიქმნება არა მხოლოდ სწორხაზოვნად მოძრავში, არამედ მბრუნავ არაინერციულ ათვლის სისტემაშიც. მოდით, მაგალითად, ჰორიზონტალურ პლატფორმაზე, რომელსაც შეუძლია ვერტიკალური ღერძის გარშემო ბრუნვა, იყოს მასის სხეული, რომელიც დაკავშირებულია ბრუნვის ცენტრთან O რეზინის კაბით (სურ. 18). თუ პლატფორმა იწყებს ბრუნვას ω კუთხური სიჩქარით (და, შესაბამისად, გადაიქცევა არაინერციულ სისტემად), მაშინ ხახუნის გამო, სხეულიც ჩაერთვება ბრუნვაში. თუმცა, ის მოძრაობს რადიალური მიმართულებით პლატფორმის ცენტრიდან მანამ, სანამ გაჭიმვის ტვინის მზარდი ელასტიური ძალა არ შეწყვეტს ამ მოძრაობას. შემდეგ სხეული დაიწყებს ბრუნვას O ცენტრიდან დაშორებით.

პლატფორმასთან დაკავშირებული დამკვირვებლის გადმოსახედიდან ბურთის მოძრაობა მასთან მიმართებით გამოწვეულია გარკვეული ძალით, ეს არის ინერციის ძალა, რადგან ის არ არის გამოწვეული ბურთზე სხვა გარკვეული სხეულების მოქმედებით; მას ეწოდება ინერციის ცენტრიდანული ძალა. ცხადია, ინერციის ცენტრიდანული ძალა ტოლია სიდიდით და მიმართულებით საპირისპირო დაჭიმული ტვინის ელასტიური ძალის მიმართ, რომელიც ასრულებს ცენტრიდანული ძალის როლს, რომელიც მოქმედებს სხეულზე, რომელიც ბრუნავს ინერციულ ჩარჩოსთან მიმართებაში (იხ. § 13).

ამრიგად, ინერციის ცენტრიდანული ძალა პროპორციულია სხეულის მანძილისა ბრუნვის ღერძიდან.

ჩვენ ხაზს ვუსვამთ, რომ ინერციის ცენტრიდანული ძალა არ უნდა აგვერიოს "ჩვეულებრივ" ცენტრიდანულ ძალასთან, რომელიც ნახსენებია § 13-ის ბოლოს. ეს არის სხვადასხვა ხასიათის ძალები, რომლებიც გამოიყენება სხვადასხვა ობიექტებზე: ინერციის ცენტრიდანული ძალა ვრცელდება სხეულზე. და ცენტრიდანული ძალა მიმართულია შეერთებაზე.

დასასრულს აღვნიშნავთ, რომ სიმძიმისა და ინერციის ძალების ეკვივალენტობის პრინციპის თვალსაზრისით, მარტივი ახსნაა მოცემული ყველა ცენტრიდანული მექანიზმის მუშაობაზე: ტუმბოები, გამყოფები და ა.შ. (იხ. § 13).

ნებისმიერი ცენტრიდანული მექანიზმი შეიძლება ჩაითვალოს მბრუნავ არაინერციულ სისტემად, რომელიც იწვევს რადიალური კონფიგურაციის გრავიტაციული ველის გაჩენას, რომელიც შეზღუდულ ტერიტორიაზე მნიშვნელოვნად აღემატება ხმელეთის გრავიტაციულ ველს. ამ ველში, მბრუნავი გარემოს უფრო მკვრივი ნაწილაკები ან ნაწილაკები, რომლებიც სუსტად არიან მიბმული მასზე, მოძრაობენ მისი პერიფერიისკენ (თითქოს ისინი მიდიან "ძირამდე").

ნებისმიერი მითითების სისტემა, რომელიც მოძრაობს პროგრესულად, ერთგვაროვნად და სწორხაზოვნად, ინერციული მიმართვის სისტემასთან მიმართებაში ასევე არის ინერციული მიმართვის სისტემა. მაშასადამე, თეორიულად, ნებისმიერი რაოდენობის ინერციული მიმართვის სისტემა შეიძლება არსებობდეს.

სინამდვილეში, საცნობარო სისტემა ყოველთვის ასოცირდება კონკრეტულ სხეულთან, რომლებთან მიმართებაშიც შეისწავლება სხვადასხვა ობიექტების მოძრაობა. ვინაიდან ყველა რეალური სხეული მოძრაობს ამა თუ იმ აჩქარებით, ნებისმიერი რეალური ათვლის სისტემა შეიძლება ჩაითვალოს ინერციულ ათვლის სისტემად მხოლოდ გარკვეული მიახლოებით. მაღალი სიზუსტით, ჰელიოცენტრული სისტემა შეიძლება ჩაითვალოს ინერციულად, რომელიც დაკავშირებულია მზის სისტემის მასის ცენტრთან და სამი შორეული ვარსკვლავისკენ მიმართული ცულებით. ასეთი ინერციული მითითების სისტემა ძირითადად გამოიყენება ციური მექანიკისა და ასტრონავტიკის პრობლემებში. ტექნიკური პრობლემების უმეტესობის გადასაჭრელად შეიძლება ჩაითვალოს ინერციული საცნობარო სისტემა, რომელიც მყარად არის დაკავშირებული დედამიწასთან.

გალილეოს ფარდობითობის პრინციპი

მითითების ინერციულ სისტემას აქვს მნიშვნელოვანი თვისება, რომელიც აღწერს გალილეოს ფარდობითობის პრინციპი:

• ნებისმიერი მექანიკური ფენომენი ერთსა და იმავე საწყის პირობებში ერთნაირად მიმდინარეობს ნებისმიერ ინერციულ მიმართვის სისტემაში.

ფარდობითობის პრინციპით დადგენილი ინერციული ათვლის სისტემების თანასწორობა გამოიხატება შემდეგნაირად:

1. მექანიკის კანონები ინერციულ საცნობარო სისტემაში იგივეა. ეს ნიშნავს, რომ განტოლებას, რომელიც აღწერს მექანიკის ზოგიერთ კანონს, რომელიც გამოიხატება ნებისმიერი სხვა ინერციული სისტემის კოორდინატებითა და დროით, ექნება იგივე ფორმა;
2. მექანიკური ექსპერიმენტების შედეგების მიხედვით, შეუძლებელია იმის დადგენა, არის თუ არა მოცემული საცნობარო სისტემა მოსვენებულ მდგომარეობაში, თუ მოძრაობს ერთნაირად და სწორხაზოვნად. ამის გამო არცერთი მათგანი არ შეიძლება გამოვყოთ გაბატონებულ სისტემად, რომლის სიჩქარესაც შეიძლებოდა მიეცეს აბსოლუტური მნიშვნელობა. ფიზიკური მნიშვნელობა მხოლოდ სისტემების ფარდობითი სიჩქარის ცნებაა, რომ ნებისმიერი სისტემა შეიძლება ჩაითვალოს პირობითად უმოძრაოდ, ხოლო მეორე - მასთან შედარებით მოძრაობა გარკვეული სიჩქარით;
3. მექანიკის განტოლებები უცვლელია კოორდინატთა გარდაქმნების მიმართ ერთი ინერციული მიმართვის ჩარჩოდან მეორეზე გადასვლისას, ე.ი. ერთი და იგივე ფენომენი შეიძლება აღიწეროს ორი განსხვავებული საცნობარო ჩარჩოში გარეგნულად განსხვავებული გზით, მაგრამ ფენომენის ფიზიკური ბუნება უცვლელი რჩება.

პრობლემის გადაჭრის მაგალითები

მაგალითი 1

მაგალითი 2