Starovekí filozofi sa snažili pochopiť podstatu pohybu, identifikovať vplyv hviezd a Slnka na človeka. Okrem toho sa ľudia vždy snažili identifikovať sily, ktoré pôsobia na hmotný bod v procese jeho pohybu, ako aj v momente odpočinku.

Aristoteles veril, že pri absencii pohybu nepôsobia na telo žiadne sily. Pokúsme sa zistiť, ktoré referenčné systémy sa nazývajú inerciálne, uvedieme ich príklady.

Kľudový stav

V každodennom živote je ťažké identifikovať takýto stav. Takmer pri všetkých typoch mechanického pohybu sa predpokladá prítomnosť vonkajších síl. Dôvodom je sila trenia, ktorá mnohým predmetom nedovoľuje opustiť svoju pôvodnú polohu, opustiť stav pokoja.

Vzhľadom na príklady inerciálnych referenčných systémov si všimneme, že všetky zodpovedajú 1. Newtonovmu zákonu. Až po jeho objavení bolo možné vysvetliť stav pokoja, naznačiť sily pôsobiace v tomto stave na teleso.

Vyhlásenie 1. Newtonovho zákona

V modernej interpretácii vysvetľuje existenciu súradnicových systémov, voči ktorým možno uvažovať o absencii vonkajších síl pôsobiacich na hmotný bod. Z Newtonovho pohľadu sa referenčné systémy nazývajú inerciálne, čo nám umožňuje uvažovať o zachovaní rýchlosti telesa počas dlhého času.

Definície

Aké vzťažné sústavy sú inerciálne? Ich príklady sa študujú v školskom kurze fyziky. Za inerciálne referenčné systémy sa považujú tie, vzhľadom na ktoré sa hmotný bod pohybuje konštantnou rýchlosťou. Newton objasnil, že každé teleso môže byť v podobnom stave, pokiaľ naň nie je potrebné vyvíjať sily, ktoré môžu takýto stav zmeniť.

V skutočnosti nie je zákon zotrvačnosti splnený vo všetkých prípadoch. Pri analýze príkladov inerciálnych a neinerciálnych referenčných sústav zvážte osobu, ktorá sa drží zábradlia v pohybujúcom sa vozidle. Pri prudkom brzdení vozidla sa človek automaticky pohybuje vzhľadom na vozidlo, a to aj napriek absencii vonkajšej sily.

Ukazuje sa, že nie všetky príklady inerciálnej vzťažnej sústavy zodpovedajú formulácii 1 Newtonovho zákona. Na objasnenie zákona zotrvačnosti bol zavedený revidovaný odkaz, v ktorom je dokonale splnený.

Typy referenčných systémov

Ktoré referenčné systémy sa nazývajú inerciálne? Čoskoro sa to vyjasní. „Uveďte príklady inerciálnych referenčných systémov, v ktorých je splnený 1. Newtonov zákon“ – podobná úloha sa ponúka školákom, ktorí si v deviatom ročníku vybrali fyziku ako skúšku. Na zvládnutie úlohy je potrebné mať predstavu o inerciálnych a neinerciálnych vzťažných sústavách.

Zotrvačnosť zahŕňa zachovanie pokoja alebo rovnomerného priamočiareho pohybu tela, pokiaľ je telo v izolácii. "Izolované" považujú telá, ktoré nie sú spojené, neinteragujú, sú od seba vzdialené.

Zvážte niekoľko príkladov inerciálnej referenčnej sústavy. Za predpokladu, že hviezda v galaxii ako referenčný rámec, a nie pohybujúci sa autobus, by implementácia zákona zotrvačnosti pre cestujúcich držiacich sa na koľajniciach bola bezchybná.

Počas brzdenia sa toto vozidlo bude pohybovať rovnomerne v priamom smere, kým naň nebudú pôsobiť iné telesá.

Aké sú niektoré príklady inerciálnej referenčnej sústavy? Nemali by mať spojenie s analyzovaným telom, ovplyvňovať jeho inertnosť.

Práve pre takéto systémy je splnený 1. Newtonov zákon. V reálnom živote je ťažké uvažovať o pohybe telesa vo vzťahu k inerciálnym referenčným sústavám. Nie je možné dostať sa k vzdialenej hviezde, aby ste z nej mohli vykonávať pozemské experimenty.

Zem sa považuje za podmienené referenčné systémy, napriek tomu, že je spojená s objektmi, ktoré sú na nej umiestnené.

Zrýchlenie v inerciálnej vzťažnej sústave je možné vypočítať, ak za vzťažnú sústavu považujeme povrch Zeme. Vo fyzike neexistuje matematický záznam 1. Newtonovho zákona, ale práve on je základom pre odvodenie mnohých fyzikálnych definícií a pojmov.

Príklady inerciálnych vzťažných sústav

Pre školákov je niekedy ťažké pochopiť fyzikálne javy. Žiakom deviateho ročníka sa ponúka úloha s nasledujúcim obsahom: „Aké vzťažné sústavy sa nazývajú inerciálne? Uveďte príklady takýchto systémov. Predpokladajme, že vozík s loptou sa spočiatku pohybuje po rovnom povrchu konštantnou rýchlosťou. Potom sa pohybuje po piesku, v dôsledku čoho sa loptička uvedie do zrýchleného pohybu, napriek tomu, že na ňu nepôsobia žiadne iné sily (ich celkový účinok je nulový).

Podstatu toho, čo sa deje, možno vysvetliť tým, že pri pohybe po pieskovom povrchu systém prestáva byť zotrvačný, má konštantnú rýchlosť. Príklady inerciálnych a neinerciálnych vzťažných sústav naznačujú, že k ich prechodu dochádza v určitom časovom období.

Keď telo zrýchľuje, jeho zrýchlenie má kladnú hodnotu a pri brzdení sa toto číslo stáva záporným.

Krivočiary pohyb

Vo vzťahu k hviezdam a Slnku sa pohyb Zeme uskutočňuje pozdĺž krivočiarej trajektórie, ktorá má tvar elipsy. Táto referenčná sústava, v ktorej je stred zarovnaný so Slnkom a osi sú nasmerované na určité hviezdy, sa bude považovať za inerciálnu.

Všimnite si, že každá referenčná sústava, ktorá sa bude pohybovať po priamke a rovnomerne vzhľadom na heliocentrickú sústavu, je zotrvačná. Krivočiary pohyb sa vykonáva s určitým zrýchlením.

Vzhľadom na to, že sa Zem pohybuje okolo svojej osi, referenčná sústava, ktorá je spojená s jej povrchom, sa vzhľadom na heliocentrický pohybuje s určitým zrýchlením. V takejto situácii môžeme konštatovať, že vzťažná sústava, ktorá je spojená s povrchom Zeme, sa pohybuje so zrýchlením vzhľadom na heliocentrickú, takže ju nemožno považovať za inerciálnu. Hodnota zrýchlenia takéhoto systému je však taká malá, že v mnohých prípadoch výrazne ovplyvňuje špecifiká mechanických javov, ktoré sú voči nemu uvažované.

Na riešenie praktických problémov technického charakteru je zvykom považovať za inerciálnu vzťažnú sústavu, ktorá je pevne spojená s povrchom Zeme.

Galileo relativity

Všetky inerciálne vzťažné sústavy majú dôležitú vlastnosť, ktorú popisuje princíp relativity. Jeho podstata spočíva v tom, že akýkoľvek mechanický jav za rovnakých počiatočných podmienok sa vykonáva rovnakým spôsobom, bez ohľadu na zvolený referenčný rámec.

Rovnosť ISO podľa princípu relativity je vyjadrená v nasledujúcich ustanoveniach:

• V takýchto systémoch sú rovnaké, takže akákoľvek rovnica, ktorá je nimi popísaná, vyjadrená súradnicami a časom, zostáva nezmenená.
• Výsledky prebiehajúcich mechanických experimentov umožňujú určiť, či bude referenčná sústava v pokoji, alebo či bude vykonávať priamočiary rovnomerný pohyb. Akýkoľvek systém možno podmienečne rozpoznať ako nehybný, ak sa druhý súčasne voči nemu pohybuje určitou rýchlosťou.
• Rovnice mechaniky zostávajú nezmenené vzhľadom na transformácie súradníc v prípade prechodu z jedného systému do druhého. Je možné opísať rovnaký jav v rôznych systémoch, ale ich fyzikálna podstata sa nezmení.

Riešenie problémov

Prvý príklad.

Určte, či inerciálny referenčný systém je: a) umelý satelit Zeme; b) detská atrakcia.

Odpoveď. V prvom prípade nejde o inerciálny referenčný systém, pretože satelit sa pohybuje na obežnej dráhe pod vplyvom gravitačnej sily, takže pohyb nastáva s určitým zrýchlením.

Druhý príklad.

Systém hlásenia je pevne spojený s výťahom. V akých situáciách sa dá nazvať inerciálnym? Ak výťah: a) spadne; b) pohybuje sa rovnomerne nahor; c) rýchlo stúpa d) rovnomerne nasmerované nadol.

Odpoveď. a) Pri voľnom páde sa objaví zrýchlenie, takže referenčná sústava spojená s výťahom nebude inerciálna.

b) Pri rovnomernom pohybe výťahu je systém zotrvačný.

c) Pri pohybe s určitým zrýchlením sa referenčná sústava považuje za inerciálnu.

d) Výťah sa pohybuje pomaly, má záporné zrýchlenie, takže referenčnú sústavu nemožno nazvať inerciálnou.

Záver

Počas celej svojej existencie sa ľudstvo snaží pochopiť javy vyskytujúce sa v prírode. Pokusy vysvetliť relativitu pohybu urobil Galileo Galilei. Isaacovi Newtonovi sa podarilo odvodiť zákon zotrvačnosti, ktorý sa začal používať ako hlavný postulát vo výpočtoch v mechanike.

V súčasnosti systém na určovanie polohy tela zahŕňa telo, zariadenie na určenie času, ako aj súradnicový systém. V závislosti od toho, či sa teleso pohybuje alebo stojí, je možné charakterizovať polohu určitého objektu v požadovanom časovom úseku.

Ekvivalentom je nasledujúca formulácia vhodná na použitie v teoretickej mechanike: „Nazýva sa inerciálna vzťažná sústava, vo vzťahu ku ktorej je priestor homogénny a izotropný a čas je homogénny“. Newtonove zákony, ako aj všetky ostatné axiómy dynamiky v klasickej mechanike sú formulované vo vzťahu k inerciálnym referenčným systémom.

Termín "inerciálny systém" (nemecký inerciálny systém) bol navrhnutý v roku 1885 Ludwig Lange?! a znamenalo súradnicový systém, v ktorom platia Newtonove zákony. Podľa Langeho mal tento termín nahradiť koncept absolútneho priestoru, ktorý bol v tomto období vystavený zničujúcej kritike. S príchodom teórie relativity sa pojem zovšeobecnil na „inerciálnu vzťažnú sústavu“.

Encyklopedický YouTube

1 / 3

✪ Inerciálne referenčné systémy. Newtonov prvý zákon | Fyzika 9. ročník č. 10 | info lekcia

✪ Čo sú inerciálne vzťažné sústavy, prvý Newtonov zákon

✪ Inerciálne a neinerciálne referenčné sústavy (1)

titulky

Vlastnosti inerciálnych vzťažných sústav

Akákoľvek referenčná sústava pohybujúca sa rovnomerne, priamočiaro a bez rotácie vzhľadom na IFR je tiež IFR. Podľa princípu relativity sú všetky IFR rovnaké a všetky fyzikálne zákony sú invariantné vzhľadom na prechod z jedného IFR k druhému. To znamená, že prejavy fyzikálnych zákonov v nich vyzerajú rovnako a záznamy týchto zákonov majú rovnakú podobu v rôznych ISO.

Predpoklad existencie aspoň jedného IFR v izotropnom priestore vedie k záveru, že existuje nekonečná množina takýchto systémov, ktoré sa voči sebe pohybujú rovnomerne, priamočiaro a translačne všetkými možnými rýchlosťami. Ak existujú IFR, potom priestor bude homogénny a izotropný a čas bude homogénny; podľa Noetherovej vety homogenita priestoru vzhľadom na posuny dá zákon zachovania hybnosti, izotropia povedie k zachovaniu hybnosti a homogenita času zachová energiu pohybujúceho sa telesa.

Ak rýchlosti relatívneho pohybu IFR realizované reálnymi telesami môžu nadobudnúť ľubovoľné hodnoty, spojenie medzi súradnicami a časovými momentmi akejkoľvek „udalosti“ v rôznych IFR je realizované Galileovými transformáciami.

Prepojenie s reálnymi referenčnými systémami

Absolútne inerciálne systémy sú matematickou abstrakciou a v prírode neexistujú. Existujú však referenčné sústavy, v ktorých relatívne zrýchlenie telies dostatočne vzdialených od seba (merané Dopplerovým javom) nepresahuje 10 -10 m/s², napr.

Inerciálny referenčný systém (ISO)- vzťažná sústava, v ktorej platí zákon zotrvačnosti: všetky voľné telesá (teda tie, na ktoré nepôsobia vonkajšie sily alebo je pôsobenie týchto síl kompenzované) sa v nich priamočiaro a rovnomerne pohybujú alebo v nich spočívajú.

Neinerciálna vzťažná sústava- ľubovoľná vzťažná sústava, ktorá nie je inerciálna. Akákoľvek referenčná sústava pohybujúca sa so zrýchlením vzhľadom na inerciálnu je neinerciálna.

Newtonov prvý zákon - existujú inerciálne vzťažné sústavy, teda také vzťažné sústavy, v ktorých sa teleso pohybuje rovnomerne a priamočiaro, ak naň iné telesá nepôsobia. Hlavnou úlohou tohto zákona je zdôrazniť, že v týchto referenčných rámcoch sú všetky zrýchlenia získané telesami dôsledkom interakcií telies. Ďalší popis pohybu by sa mal vykonávať iba v inerciálnych referenčných sústavách.

 Druhý Newtonov zákon uvádza, že príčinou zrýchlenia telesa je vzájomné pôsobenie telies, ktorých charakteristikou je sila. Tento zákon dáva základnú rovnicu dynamiky, ktorá v princípe umožňuje nájsť pohybový zákon telesa, ak sú známe sily, ktoré naň pôsobia. Tento zákon možno formulovať nasledovne (obr. 100):

zrýchlenie bodového telesa (hmotného bodu) je priamo úmerné súčtu síl pôsobiacich na teleso a nepriamo úmerné hmotnosti telesa:

tu F− výsledná sila, teda vektorový súčet všetkých síl pôsobiacich na teleso. Na prvý pohľad je rovnica (1) ďalšou formou zápisu definície sily uvedenej v predchádzajúcej časti. Nie je to však celkom pravda. Po prvé, Newtonov zákon hovorí, že rovnica (1) zahŕňa súčet všetkých síl pôsobiacich na teleso, ktorý nie je v definícii sily. Po druhé, druhý Newtonov zákon jednoznačne zdôrazňuje, že sila je príčinou zrýchlenia telesa a nie naopak.

 Tretí Newtonov zákon zdôrazňuje, že príčinou zrýchlenia je vzájomné pôsobenie telies na seba. Preto sily pôsobiace na interagujúce telesá sú charakteristikami tej istej interakcie. Z tohto hľadiska nie je na treťom Newtonovom zákone nič prekvapujúce (obr. 101):

bodové telesá (hmotné body) interagujú so silami rovnakej veľkosti a opačného smeru a smerujú pozdĺž priamky spájajúcej tieto telesá:

kde F 12 − sila pôsobiaca na prvé teleso od druhého, a F 21 je sila pôsobiaca na druhé teleso od prvého. Je zrejmé, že tieto sily sú rovnakej povahy. Tento zákon je tiež zovšeobecnením mnohých experimentálnych faktov. Všimnime si, že v skutočnosti je to práve tento zákon, ktorý je základom pre určenie hmotnosti telies uvedenej v predchádzajúcej časti.

Pohybovú rovnicu hmotného bodu v neinerciálnej vzťažnej sústave možno znázorniť ako :

kde - hmotnosť telesá, - zrýchlenie a rýchlosť telesa vo vzťahu k neinerciálnej vzťažnej sústave, - súčet všetkých vonkajších síl pôsobiacich na teleso, - prenosné zrýchlenie telá - Coriolisovo zrýchlenie teleso, - uhlová rýchlosť rotačného pohybu neinerciálnej vzťažnej sústavy okolo okamžitej osi prechádzajúcej počiatkom, - rýchlosť pohybu počiatku neinerciálnej vzťažnej sústavy vzhľadom na akúkoľvek inerciálnu vzťažnú sústavu. .

Táto rovnica môže byť napísaná v obvyklom tvare Druhý Newtonov zákon, ak zadáte zotrvačné sily:

V neinerciálnych vzťažných sústavách vznikajú zotrvačné sily. Výskyt týchto síl je znakom neinerciálneho vzťažného systému.

Vzťažná sústava pohybujúca sa (vzhľadom na hviezdy) rovnomerne a priamočiaro (t. j. zotrvačnosťou) sa nazýva inerciálna. Je zrejmé, že existuje nespočetné množstvo takýchto referenčných sústav, pretože každá sústava, ktorá sa pohybuje rovnomerne a priamočiaro vzhľadom na nejakú inerciálnu referenčnú sústavu, je tiež inerciálna.Referenčné sústavy pohybujúce sa (vzhľadom na inerciálnu sústavu) so zrýchlením sa nazývajú neinerciálne.

Skúsenosti to ukazujú

vo všetkých inerciálnych vzťažných sústavách prebiehajú všetky mechanické procesy presne rovnakým spôsobom (za rovnakých podmienok).

Tento postoj, nazývaný mechanický princíp relativity (alebo Galileov princíp relativity), sformuloval v roku 1636 Galileo. Galileo to vysvetlil na príklade mechanických procesov prebiehajúcich v kabíne lode plaviacej sa rovnomerne a priamočiaro po pokojnom mori. Pre pozorovateľa v kabíne prebieha kmitanie kyvadla, pád telies a ďalšie mechanické procesy úplne rovnako ako na stojacej lodi. Preto pri pozorovaní týchto procesov nie je možné určiť ani veľkosť rýchlosti, ani samotný fakt pohybu lode. Aby bolo možné posúdiť pohyb lode vzhľadom na akýkoľvek referenčný systém (napríklad hladinu oceánu), je potrebné pozorovať aj tento systém (vidieť, ako sa predmety ležiace na vode vzďaľujú atď.).

Na začiatku XX storočia. ukázalo sa, že nielen mechanické, ale aj tepelné, elektrické, optické a všetky ostatné procesy a prírodné javy prebiehajú vo všetkých inerciálnych vzťažných sústavách úplne rovnako. Na tomto základe Einstein v roku 1905 sformuloval zovšeobecnený princíp relativity, neskôr nazývaný Einsteinov princíp relativity:

vo všetkých inerciálnych vzťažných sústavách prebiehajú všetky fyzikálne procesy presne rovnakým spôsobom (za rovnakých podmienok).

Tento princíp spolu s tvrdením, že rýchlosť svetla vo vákuu je nezávislá od pohybu svetelného zdroja (pozri § 20), tvorili základ špeciálnej teórie relativity vyvinutej Einsteinom.

Newtonove zákony a ďalšie nami uvažované zákony dynamiky sú splnené iba v inerciálnych vzťažných sústavách. V neinerciálnych vzťažných sústavách tieto zákony vo všeobecnosti už neplatia. Zvážte jednoduchý príklad na objasnenie posledného tvrdenia.

Na dokonale hladkej plošine, ktorá sa pohybuje rovnomerne a priamočiaro, leží guľa hmoty na rovnakej plošine ako pozorovateľ. Ďalší pozorovateľ stojí na Zemi neďaleko miesta, kde sa chystá prejsť plošina. Je zrejmé, že obaja pozorovatelia sú spojení s inerciálnymi vzťažnými sústavami.

Teraz, v momente prejdenia pozorovateľa spojeného so Zemou, sa plošina začne pohybovať so zrýchlením a, t.j. stane sa neinerciálnou vzťažnou sústavou. V tomto prípade sa gulička, ktorá bola predtým v kľude vzhľadom na plošinu, začne (vo vzťahu k nej) pohybovať so zrýchlením a, opačným smerom a rovnakou veľkosťou ako zrýchlenie dosiahnuté plošinou. Poďme zistiť, ako vyzerá správanie lopty z pohľadu každého z pozorovateľov.

Pre pozorovateľa spojeného s inerciálnym referenčným systémom - Zemou, sa guľa naďalej pohybuje rovnomerne a priamočiaro plne v súlade so zákonom zotrvačnosti (keďže na ňu nepôsobia žiadne sily, okrem gravitácie, vyvážené reakciou opory).

Pozorovateľ spojený s neinerciálnym referenčným systémom - platformou, má iný obraz: guľa sa začne pohybovať a nadobudne zrýchlenie - ale bez vplyvu sily (keďže pozorovateľ nezaznamená dopad na loptičku iných telies ktoré dodávajú lopte zrýchlenie). To jednoznačne odporuje zákonu zotrvačnosti. Druhý Newtonov zákon tiež nie je splnený: jeho aplikovaním by pozorovateľ dostal, že (sila) a toto nie je možné, keďže ani a ani a nie sú rovné nule.

Je však možné uplatniť zákony dynamiky na popis pohybov v neinerciálnych vzťažných sústavách, ak vezmeme do úvahy sily špeciálneho druhu - zotrvačné sily. Potom v našom príklade môže pozorovateľ pripojený k platforme predpokladať, že loptička je v pohybe pôsobením zotrvačnej sily

Zavedenie sily zotrvačnosti umožňuje zapísať druhý Newtonov zákon (a jeho dôsledky) v bežnej forme (pozri § 7); len pod pôsobiacou silou je teraz potrebné pochopiť výslednicu „obyčajných“ síl a síl zotrvačnosti

kde je hmotnosť telesa a je jeho zrýchlenie.

Sily zotrvačných síl sme nazvali „špeciálnym druhom“, po prvé preto, že pôsobia iba v neinerciálnych vzťažných sústavách, a po druhé preto, že pre ne, na rozdiel od „obyčajných“ síl, nemožno určiť, ktoré iné telesá (na predmetnom tele), sú podmienené. Je zrejmé, že z tohto dôvodu nie je možné aplikovať tretí Newtonov zákon (a jeho dôsledky) na sily zotrvačnosti; to je tretia vlastnosť zotrvačných síl.

Nemožnosť špecifikácie jednotlivých telies, ktorých pôsobenie (na uvažované teleso) je spôsobené zotrvačnými silami, samozrejme neznamená, že vznik týchto síl vôbec nesúvisí s pôsobením nejakého materiálu. telá. Existujú vážne dôvody domnievať sa, že sily zotrvačnosti sú spôsobené pôsobením celého súboru telies vesmíru (hmotnosti vesmíru ako celku).

Faktom je, že medzi silami zotrvačnosti a gravitačnými silami je veľká podobnosť: obe sú úmerné hmotnosti telesa, na ktoré pôsobia, a preto zrýchlenie udeľované telesu každou z týchto síl nezávisí. na hmote tela. Za určitých podmienok sa tieto sily nedajú vôbec rozlíšiť. Nech sa napríklad vesmírna loď pohybuje zrýchlením (v dôsledku činnosti motorov) niekam do vesmíru. Kozmonaut v ňom zažije silu, ktorá ho tlačí k „podlahe“ (zadná stena vo vzťahu k smeru pohybu) kozmickej lode. Táto sila vytvorí presne rovnaký efekt a spôsobí v astronautovi rovnaké pocity, aké by spôsobila zodpovedajúca gravitačná sila.

Ak astronaut verí, že jeho loď sa pohybuje so zrýchlením relatívne k vesmíru, potom nazve silu, ktorá na ňu pôsobí, silou zotrvačnosti. Ak však kozmonaut považuje svoju loď za nehybnú a vesmír sa rúti okolo lode s rovnakým zrýchlením a, potom túto silu nazve gravitačnou silou. A oba uhly pohľadu budú úplne rovnaké. Žiadny experiment uskutočnený vo vnútri lode nemôže dokázať správnosť jedného a omyl druhého pohľadu.

Z uvažovaných a iných podobných príkladov vyplýva, že zrýchlený pohyb vzťažnej sústavy je ekvivalentný (pôsobením na telesá) vzniku zodpovedajúcich gravitačných síl. Táto poloha sa nazýva princíp ekvivalencie síl gravitácie a zotrvačnosti (Einsteinov princíp ekvivalencie); tento princíp je základom všeobecnej teórie relativity.

Zotrvačné sily vznikajú nielen pri priamočiarom pohybe, ale aj pri rotujúcich neinerciálnych vzťažných sústavách. Nech je napríklad na vodorovnej plošine, ktorá sa môže otáčať okolo zvislej osi, teleso hmoty spojené so stredom otáčania O gumenou šnúrou (obr. 18). Ak sa plošina začne otáčať uhlovou rýchlosťou ω (a následne sa zmení na neinerciálny systém), potom sa v dôsledku trenia bude otáčať aj telo. Bude sa však pohybovať v radiálnom smere od stredu platformy, kým rastúca elastická sila napínacej šnúry nezastaví tento pohyb. Potom sa telo začne otáčať vo vzdialenosti od stredu O.

Z pohľadu pozorovateľa spojeného s plošinou je pohyb lopty vzhľadom na ňu spôsobený nejakou silou, čo je sila zotrvačnosti, pretože nie je spôsobená pôsobením iných určitých telies na loptu; nazýva sa to odstredivá sila zotrvačnosti. Je zrejmé, že odstredivá sila zotrvačnosti má rovnakú veľkosť a opačný smer ako pružná sila napnutej šnúry, ktorá hrá úlohu dostredivej sily, ktorá pôsobí na teleso rotujúce vzhľadom na zotrvačný rám (pozri § 13).

preto je odstredivá sila zotrvačnosti úmerná vzdialenosti telesa od osi otáčania.

Zdôrazňujeme, že odstredivú silu zotrvačnosti si netreba zamieňať s „obyčajnou“ odstredivou silou uvedenou na konci § 13. Ide o sily rôzneho charakteru pôsobiace na rôzne predmety: odstredivá sila zotrvačnosti pôsobí na teleso, na teleso pôsobí odstredivá zotrvačná sila, na teleso sa pôsobí odstredivou silou. a na spojenie pôsobí odstredivá sila.

Na záver poznamenávame, že z hľadiska princípu ekvivalencie síl tiaže a zotrvačnosti je podané jednoduché vysvetlenie činnosti všetkých odstredivých mechanizmov: čerpadiel, separátorov atď. (pozri § 13).

Akýkoľvek odstredivý mechanizmus možno považovať za rotujúci neinerciálny systém, ktorý spôsobuje výskyt gravitačného poľa radiálnej konfigurácie, ktoré v obmedzenej oblasti výrazne prevyšuje zemské gravitačné pole. V tomto poli sa hustejšie častice rotujúceho média alebo častice, ktoré sú naň slabo viazané, pohybujú smerom k jeho periférii (akoby išli „na dno“).

Akákoľvek vzťažná sústava pohybujúca sa progresívne, rovnomerne a priamočiaro vzhľadom na inerciálnu vzťažnú sústavu je tiež inerciálna vzťažná sústava. Preto teoreticky môže existovať ľubovoľný počet inerciálnych vzťažných sústav.

V skutočnosti je referenčný systém vždy spojený s nejakým konkrétnym telom, vo vzťahu ku ktorému sa študuje pohyb rôznych objektov. Keďže všetky reálne telesá sa pohybujú s jedným alebo druhým zrýchlením, akúkoľvek skutočnú vzťažnú sústavu možno považovať za inerciálnu vzťažnú sústavu len s určitým stupňom aproximácie. S vysokou mierou presnosti možno heliocentrickú sústavu považovať za inerciálnu, spojenú s ťažiskom slnečnej sústavy a s osami smerujúcimi k trom vzdialeným hviezdam. Takáto inerciálna vzťažná sústava sa používa hlavne v problémoch nebeskej mechaniky a astronautiky. Na vyriešenie väčšiny technických problémov možno zvážiť inerciálnu referenčnú sústavu, pevne spojenú so Zemou.

Galileov princíp relativity

Inerciálne vzťažné sústavy majú dôležitú vlastnosť, ktorá popisuje Galileov princíp relativity:

• každý mechanický jav za rovnakých počiatočných podmienok prebieha rovnakým spôsobom v akejkoľvek inerciálnej vzťažnej sústave.

Rovnosť inerciálnych vzťažných sústav, stanovená princípom relativity, je vyjadrená takto:

1. zákony mechaniky v inerciálnych vzťažných sústavách sú rovnaké. To znamená, že rovnica popisujúca nejaký zákon mechaniky, vyjadrená v súradniciach a čase akejkoľvek inej inerciálnej vzťažnej sústavy, bude mať rovnaký tvar;
2. Podľa výsledkov mechanických experimentov nie je možné určiť, či je daný referenčný rámec v pokoji alebo sa pohybuje rovnomerne a priamočiaro. Z tohto dôvodu nemožno žiadny z nich vyčleniť ako prevládajúci systém, ktorého rýchlosť by mohla mať absolútny význam. Fyzický význam je iba koncept relatívnej rýchlosti systémov, takže každý systém možno považovať za podmienene nehybný a druhý - pohybujúci sa vo vzťahu k nemu určitou rýchlosťou;
3. rovnice mechaniky sú nezmenené vzhľadom na transformácie súradníc pri prechode z jednej inerciálnej vzťažnej sústavy do druhej, t.j. ten istý jav možno opísať v dvoch rôznych referenčných rámcoch navonok odlišnými spôsobmi, ale fyzikálna podstata javu zostáva nezmenená.

Príklady riešenia problémov

PRÍKLAD 1

PRÍKLAD 2