Ang isang frame ng reference na gumagalaw (kamag-anak sa mga bituin) na pare-pareho at rectilinearly (i.e., sa pamamagitan ng inertia) ay tinatawag na inertial. Malinaw, mayroong hindi mabilang na bilang ng mga naturang reference frame, dahil ang anumang frame na gumagalaw nang pare-pareho at rectilinearly na nauugnay sa ilang inertial reference frame ay inertial din. Ang mga reference frame na gumagalaw (na may kinalaman sa inertial frame) na may acceleration ay tinatawag na non-inertial.

Ipinakikita iyon ng karanasan

sa lahat ng inertial frames of reference, lahat ng mekanikal na proseso ay nagpapatuloy sa eksaktong parehong paraan (sa ilalim ng parehong mga kondisyon).

Ang posisyong ito, na tinatawag na mekanikal na prinsipyo ng relativity (o prinsipyo ng relativity ni Galileo), ay binuo noong 1636 ni Galileo. Ipinaliwanag ito ni Galileo sa pamamagitan ng halimbawa ng mga mekanikal na proseso na nagaganap sa cabin ng isang barko na naglalayag nang pantay-pantay at patuwid sa isang tahimik na dagat. Para sa isang tagamasid sa cabin, ang oscillation ng pendulum, ang pagbagsak ng mga katawan at iba pang mga mekanikal na proseso ay nagpapatuloy sa eksaktong parehong paraan tulad ng sa isang nakatigil na barko. Samakatuwid, sa pagmamasid sa mga prosesong ito, imposibleng maitatag ang alinman sa magnitude ng bilis, o kahit na ang mismong katotohanan ng paggalaw ng barko. Upang hatulan ang galaw ng barko na may paggalang sa anumang sistema ng sanggunian (halimbawa, ang ibabaw ng karagatan), kinakailangang obserbahan din ang sistemang ito (upang makita kung paano lumalayo ang mga bagay na nakahiga sa tubig, atbp.).

Sa simula ng XX siglo. ito ay naka-out na hindi lamang mekanikal, ngunit din thermal, electrical, optical at lahat ng iba pang mga proseso at natural na phenomena nagpapatuloy sa eksaktong parehong paraan sa lahat ng inertial frame ng sanggunian. Sa batayan na ito, binuo ni Einstein noong 1905 ang pangkalahatang prinsipyo ng relativity, na kalaunan ay tinawag na prinsipyo ng relativity ni Einstein:

sa lahat ng inertial frames of reference, lahat ng pisikal na proseso ay nagpapatuloy sa eksaktong parehong paraan (sa ilalim ng parehong mga kundisyon).

Ang prinsipyong ito, kasama ang proposisyon na ang bilis ng liwanag sa isang vacuum ay independiyente sa paggalaw ng pinagmumulan ng liwanag (tingnan ang § 20), ang naging batayan ng espesyal na teorya ng relativity na binuo ni Einstein.

Ang mga batas ni Newton at iba pang mga batas ng dinamika na isinasaalang-alang namin ay natutupad lamang sa mga inertial na frame ng sanggunian. Sa mga non-inertial frame of reference, ang mga batas na ito, sa pangkalahatan, ay hindi na wasto. Isaalang-alang ang isang simpleng halimbawa upang linawin ang huling pahayag.

Sa isang perpektong makinis na plataporma, gumagalaw nang pantay at patuwid, nakahiga ang isang bola ng masa sa parehong plataporma ay isang tagamasid. Ang isa pang tagamasid ay nakatayo sa Earth hindi kalayuan mula sa kung saan ang platform ay malapit nang dumaan. Malinaw na ang parehong mga tagamasid ay konektado sa mga inertial na frame ng sanggunian.

Hayaan ngayon, sa sandaling dumaan ang observer na konektado sa Earth, ang platform ay magsisimulang gumalaw nang may acceleration a, ibig sabihin, ito ay nagiging isang non-inertial frame of reference. Sa kasong ito, ang bola, na dati ay nakapahinga na may kaugnayan sa platform, ay magsisimula (kamag-anak dito) sa paggalaw na may isang acceleration a, sa tapat ng direksyon at katumbas ng magnitude sa acceleration na nakuha ng platform. Alamin natin kung ano ang hitsura ng bola mula sa pananaw ng bawat isa sa mga nagmamasid.

Para sa isang tagamasid na nauugnay sa isang inertial reference system - ang Earth, ang bola ay patuloy na gumagalaw nang pantay-pantay at rectilinearly alinsunod sa batas ng inertia (dahil walang pwersang kumikilos dito, maliban sa gravity, na balanse ng reaksyon ng suporta).

Ang isang observer na nauugnay sa isang non-inertial reference system - isang platform, ay may ibang larawan: ang bola ay nagsisimulang gumalaw at nakakakuha ng acceleration - ngunit walang impluwensya ng isang puwersa (dahil ang observer ay hindi nakakakita ng epekto sa bola ng anumang iba pang mga katawan na nagbibigay ng acceleration sa bola). Ito ay malinaw na sumasalungat sa batas ng pagkawalang-galaw. Ang pangalawang batas ni Newton ay hindi rin nasiyahan: sa pamamagitan ng paglalapat nito, ang tagamasid ay makakakuha na (puwersa) a ito ay imposible, dahil ni a ay katumbas ng zero.

Posible, gayunpaman, na gawing naaangkop ang mga batas ng dinamika sa paglalarawan ng mga galaw sa mga non-inertial frame of reference, kung isasaalang-alang natin ang mga puwersa ng isang espesyal na uri - ang mga puwersa ng pagkawalang-galaw. Pagkatapos, sa aming halimbawa, ang tagamasid na konektado sa platform ay maaaring ipalagay na ang bola ay gumagalaw sa ilalim ng pagkilos ng inertia force.

Ang pagpapakilala ng puwersa ng pagkawalang-kilos ay ginagawang posible na isulat ang pangalawang batas ni Newton (at ang mga kahihinatnan nito) sa karaniwang anyo (tingnan ang § 7); sa ilalim lamang ng kumikilos na puwersa kailangan na ngayong maunawaan ang resulta ng "ordinaryong" pwersa at ang mga puwersa ng pagkawalang-galaw.

nasaan ang masa ng katawan at ang acceleration nito.

Tinawag namin ang mga puwersa ng inertia na puwersa ng isang "espesyal na uri", una, dahil kumikilos lamang sila sa mga di-inertial na frame ng sanggunian, at, pangalawa, dahil para sa kanila, hindi tulad ng "ordinaryong" pwersa, imposibleng ipahiwatig kung aling iba pang mga katawan. (sa katawan na pinag-uusapan), sila ay nakakondisyon. Malinaw, sa kadahilanang ito, imposibleng ilapat ang ikatlong batas ni Newton (at ang mga kahihinatnan nito) sa mga puwersa ng pagkawalang-galaw; ito ang pangatlong katangian ng inertial forces.

Ang imposibilidad ng pagtukoy ng mga indibidwal na katawan, ang aksyon kung saan (sa katawan na isinasaalang-alang) ay dahil sa mga puwersa ng pagkawalang-kilos, ay hindi nangangahulugang, siyempre, na ang paglitaw ng mga puwersang ito ay hindi konektado sa pagkilos ng anumang materyal. mga katawan. May mga seryosong dahilan upang ipagpalagay na ang mga puwersa ng pagkawalang-galaw ay dahil sa pagkilos ng buong hanay ng mga katawan ng Uniberso (ang masa ng Uniberso sa kabuuan).

Ang katotohanan ay mayroong malaking pagkakatulad sa pagitan ng mga puwersa ng pagkawalang-galaw at mga puwersa ng grabidad: pareho ay proporsyonal sa masa ng katawan kung saan sila kumikilos, at samakatuwid ang pagbilis na ibinibigay sa katawan ng bawat isa sa mga puwersang ito ay hindi nakasalalay. sa masa ng katawan. Sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ang mga puwersang ito ay hindi maaaring makilala sa lahat. Hayaan, halimbawa, ang isang sasakyang pangkalawakan ay gumalaw nang may pagbilis (dahil sa pagpapatakbo ng mga makina) sa isang lugar sa kalawakan. Ang cosmonaut na nasa loob nito ay makakaranas ng puwersa na nagdiin sa kanya sa "sahig" (sa likod na pader na may kaugnayan sa direksyon ng paggalaw) ng spacecraft. Ang puwersang ito ay lilikha ng eksaktong parehong epekto at magdudulot ng parehong mga sensasyon sa astronaut na idudulot ng kaukulang puwersa ng grabidad.

Kung naniniwala ang isang astronaut na ang kanyang barko ay gumagalaw nang may bilis na isang kamag-anak sa uniberso, pagkatapos ay tatawagin niya ang puwersang kumikilos dito bilang puwersa ng pagkawalang-galaw. Kung, gayunpaman, itinuturing ng kosmonaut na hindi gumagalaw ang kanyang barko, at ang Uniberso ay nagmamadaling dumaan sa barko na may parehong acceleration a, kung gayon tatawagin niya ang puwersang ito na gravitational force. At ang parehong mga punto ng view ay magiging ganap na pantay. Walang eksperimento na isinagawa sa loob ng barko ang makapagpapatunay sa kawastuhan ng isa at sa kamalian ng kabilang pananaw.

Ito ay sumusunod mula sa isinasaalang-alang at iba pang katulad na mga halimbawa na ang pinabilis na paggalaw ng frame of reference ay katumbas (sa pamamagitan ng epekto nito sa mga katawan) sa paglitaw ng kaukulang gravitational forces. Ang posisyon na ito ay tinatawag na prinsipyo ng pagkakapantay-pantay ng mga puwersa ng grabidad at pagkawalang-galaw (prinsipyo ng equivalence ni Einstein); ang prinsipyong ito ang batayan ng pangkalahatang teorya ng relativity.

Ang mga puwersa ng inertia ay lumitaw hindi lamang sa rectilinearly na paggalaw, kundi pati na rin sa mga umiikot na non-inertial na mga frame ng sanggunian. Hayaan, halimbawa, sa isang pahalang na plataporma na maaaring umikot sa paligid ng isang patayong axis, mayroong isang katawan ng masa na konektado sa gitna ng pag-ikot O sa pamamagitan ng isang rubber cord (Larawan 18). Kung ang platform ay nagsimulang umikot na may angular na bilis ω (at, dahil dito, nagiging isang non-inertial system), pagkatapos ay dahil sa friction, ang katawan ay kasangkot din sa pag-ikot. Gayunpaman, ito ay lilipat sa isang radial na direksyon mula sa gitna ng platform hanggang sa ang pagtaas ng elastic na puwersa ng stretching cord ay huminto sa paggalaw na ito. Pagkatapos ang katawan ay magsisimulang umikot sa layo mula sa sentro O.

Mula sa punto ng view ng isang tagamasid na konektado sa platform, ang paggalaw ng bola na nauugnay dito ay dahil sa ilang puwersa.Ito ang puwersa ng pagkawalang-galaw, dahil hindi ito sanhi ng pagkilos ng ibang partikular na katawan sa bola; ito ay tinatawag na centrifugal force ng inertia. Malinaw, ang centrifugal force ng inertia ay pantay sa magnitude at kabaligtaran ng direksyon sa elastic force ng isang stretch cord, na gumaganap ng papel ng centripetal force na kumikilos sa isang katawan na umiikot na may kinalaman sa inertial frame (tingnan ang § 13) Samakatuwid

samakatuwid, ang centrifugal force ng inertia ay proporsyonal sa distansya ng katawan mula sa axis ng pag-ikot.

Binibigyang-diin namin na ang sentripugal na puwersa ng pagkawalang-galaw ay hindi dapat malito sa "ordinaryo" na puwersang sentripugal na binanggit sa dulo ng § 13. Ito ay mga puwersa na may kakaibang katangian na inilalapat sa iba't ibang bagay: ang sentripugal na puwersa ng pagkawalang-galaw ay inilalapat sa katawan, at ang sentripugal na puwersa ay inilalapat sa koneksyon.

Sa konklusyon, tandaan namin na mula sa pananaw ng prinsipyo ng pagkakapareho ng mga puwersa ng grabidad at pagkawalang-galaw, isang simpleng paliwanag ang ibinibigay sa pagpapatakbo ng lahat ng mga mekanismo ng sentripugal: mga bomba, mga separator, atbp. (tingnan ang § 13).

Ang anumang sentripugal na mekanismo ay maaaring ituring bilang isang umiikot na non-inertial system, na nagiging sanhi ng paglitaw ng isang gravitational field ng isang radial configuration, na sa isang limitadong lugar ay makabuluhang lumampas sa terrestrial gravitational field. Sa larangang ito, ang mas siksik na mga particle ng umiikot na medium o mga particle na mahinang nakagapos dito ay gumagalaw patungo sa periphery nito (na parang pumunta sila "sa ibaba").

inertial frame of reference

Inertial frame of reference(ISO) - isang reference frame kung saan ang unang batas ni Newton (ang batas ng inertia) ay wasto: lahat ng malayang katawan (iyon ay, ang mga hindi apektado ng mga panlabas na puwersa o ang pagkilos ng mga puwersang ito ay nabayaran) ay gumagalaw nang patuwid at pare-pareho o magpahinga. Ang katumbas ay ang sumusunod na pagbabalangkas, na maginhawa para sa paggamit sa teoretikal na mekanika:

Mga katangian ng inertial frame of reference

Ang anumang frame ng sanggunian na gumagalaw nang pare-pareho at rectilinearly na nauugnay sa IFR ay isa ring IFR. Ayon sa prinsipyo ng relativity, ang lahat ng IFR ay pantay-pantay, at ang lahat ng mga batas ng pisika ay invariant na may paggalang sa paglipat mula sa isang IFR patungo sa isa pa. Nangangahulugan ito na ang mga pagpapakita ng mga batas ng pisika sa kanila ay mukhang pareho, at ang mga talaan ng mga batas na ito ay may parehong anyo sa iba't ibang mga ISO.

Ang pagpapalagay ng pagkakaroon ng hindi bababa sa isang IFR sa isang isotropic na espasyo ay humahantong sa konklusyon na mayroong isang walang katapusang hanay ng mga naturang sistema na gumagalaw na may kaugnayan sa isa't isa sa lahat ng posibleng pare-parehong bilis. Kung umiiral ang mga IFR, ang espasyo ay magiging homogenous at isotropic, at ang oras ay magiging homogenous; ayon sa teorama ni Noether, ang homogeneity ng espasyo na may paggalang sa mga shift ay magbibigay ng batas ng konserbasyon ng momentum, ang isotropy ay hahantong sa konserbasyon ng angular momentum, at ang homogeneity ng oras ay magtitipid sa enerhiya ng gumagalaw na katawan.

Kung ang mga bilis ng kamag-anak na paggalaw ng mga IFR na natanto ng mga totoong katawan ay maaaring tumagal sa anumang mga halaga, ang koneksyon sa pagitan ng mga coordinate at oras ng anumang "kaganapan" sa iba't ibang mga IFR ay isinasagawa ng mga pagbabagong-anyo ng Galilea.

Koneksyon sa mga tunay na sistema ng sanggunian

Ang mga ganap na inertial system ay isang mathematical abstraction, na natural na wala sa kalikasan. Gayunpaman, may mga sistema ng sanggunian kung saan ang kamag-anak na acceleration ng mga katawan na sapat na malayo sa isa't isa (sinusukat ng Doppler effect) ay hindi lalampas sa 10 −10 m/s lampas sa 1.5 10 −10 m/s² (sa 1σ level). Ang katumpakan ng mga eksperimento upang pag-aralan ang oras ng pagdating ng mga pulso mula sa mga pulsar, at sa lalong madaling panahon ang mga sukat ng astrometric, ay tulad na sa malapit na hinaharap ang acceleration ng solar system ay dapat masukat habang ito ay gumagalaw sa gravitational field ng Galaxy, na tinatantya. sa m/s².

Sa iba't ibang antas ng katumpakan at depende sa lugar ng paggamit, ang mga inertial system ay maaaring ituring na mga sistema ng sanggunian na nauugnay sa: ang Earth, ang Araw, na naayos na may kaugnayan sa mga bituin.

Geocentric inertial coordinate system

Ang paggamit ng Earth bilang isang ISO, sa kabila ng tinatayang kalikasan nito, ay laganap sa nabigasyon. Ang inertial coordinate system, bilang bahagi ng ISO, ay binuo ayon sa sumusunod na algorithm. Ang sentro ng mundo ay pinili bilang ang punto O - ang pinagmulan ng mga coordinate alinsunod sa tinatanggap na modelo nito. Axis z - tumutugma sa axis ng pag-ikot ng mundo. Ang x at y axes ay nasa equatorial plane. Dapat tandaan na ang ganitong sistema ay hindi nakikilahok sa pag-ikot ng Earth.

Mga Tala

Tingnan din

Wikimedia Foundation. 2010 .

Tingnan kung ano ang "Inertial Reference System" sa iba pang mga diksyunaryo:

Sistema ng sanggunian, kung saan wasto ang batas ng pagkawalang-galaw: mater. isang punto kung kailan walang puwersang kumikilos dito (o magkaparehong balanseng puwersa na kumikilos dito), ay nasa pahinga o pare-parehong rectilinear na paggalaw. Anumang sistema ng sanggunian, ... ... Pisikal na Encyclopedia

INERTIAL REFERENCE, tingnan ang Frame of reference... Modern Encyclopedia

inertial frame of reference- INERTIAL FEEDBACK, tingnan ang Frame of reference. … Illustrated Encyclopedic Dictionary

inertial frame of reference- inercinė atskaitos sistema statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Galilean frame of reference; inertial reference system vok. inertiales Bezugssystem, n; Inertialsystem, n; Tragheitssystem, n rus. inertial frame of reference, f pranc.… … Fizikos terminų žodynas

Isang sistema ng sanggunian kung saan ang batas ng pagkawalang-galaw ay wasto: isang materyal na punto, kapag walang puwersang kumikilos dito (o magkaparehong balanseng puwersa na kumikilos), ay nasa pahinga o pare-parehong rectilinear na paggalaw. Bawat… … Great Soviet Encyclopedia

Isang frame of reference kung saan ang batas ng inertia ay wasto, ibig sabihin, isang katawan na walang impluwensya mula sa ibang mga katawan, ay nagpapanatili ng bilis nito na hindi nagbabago (sa ganap na halaga at direksyon). I. s. tungkol sa. ay ganoon (at ganoon lamang) sistema ng sanggunian, sa paraiso ... ... Malaking encyclopedic polytechnic na diksyunaryo

Isang frame of reference kung saan ang batas ng inertia ay wasto: isang materyal na punto, kung saan walang puwersang kumikilos, ay nakapahinga o nasa pare-parehong rectilinear motion. Anumang frame of reference na gumagalaw na nauugnay sa isang IS. tungkol sa. unti-unti... Likas na agham. encyclopedic Dictionary

inertial frame of reference- Sistema ng sanggunian, na may kaugnayan sa kung saan ang isang nakahiwalay na punto ng materyal ay nakapahinga o gumagalaw sa isang tuwid na linya at pare-pareho ... Polytechnic terminological explanatory dictionary

Isang sistema ng sanggunian kung saan wasto ang batas ng inertia: isang materyal na punto, kung saan walang puwersang kumikilos, ay nasa pahinga o pare-parehong rectilinear motion. Anumang frame ng sanggunian na gumagalaw na may kaugnayan sa isang inertial ... ... encyclopedic Dictionary

Inertial ng sistema ng sanggunian- isang reference frame kung saan ang batas ng pagkawalang-galaw ay wasto: isang materyal na punto, kapag walang pwersang kumikilos dito (o kapwa balanseng puwersa na kumikilos), ay nasa pahinga o pare-parehong rectilinear motion. Bawat sistema... Mga konsepto ng modernong natural na agham. Glossary ng mga pangunahing termino

Anumang katawan ay maaaring maimpluwensyahan ng ibang mga katawan na nakapaligid dito, bilang isang resulta kung saan ang estado ng paggalaw (pahinga) ng naobserbahang katawan ay maaaring magbago. Kasabay nito, ang mga naturang epekto ay maaaring mabayaran (balanse) at hindi maging sanhi ng mga naturang pagbabago. Kapag sinabi nila na ang mga aksyon ng dalawa o higit pang mga katawan ay nagbabayad sa isa't isa, nangangahulugan ito na ang resulta ng kanilang magkasanib na aksyon ay kapareho ng kung ang mga katawan na ito ay hindi umiiral. Kung ang impluwensya ng iba pang mga katawan sa katawan ay nabayaran, pagkatapos ay nauugnay sa Earth ang katawan ay alinman sa pahinga o gumagalaw sa isang tuwid na linya at pare-pareho.

Kaya, dumating tayo sa isa sa mga pangunahing batas ng mekanika, na tinatawag na unang batas ni Newton.

Ang unang batas ni Newton (batas ng pagkawalang-galaw)

May mga ganitong sistema ng sanggunian kung saan ang isang translateally moving body ay nakapahinga o pare-parehong rectilinear motion (motion by inertia) hanggang sa alisin ito ng mga impluwensya mula sa ibang mga katawan sa ganitong estado.

Kaugnay ng nasabi, ang pagbabago sa bilis ng isang katawan (ibig sabihin, acceleration) ay palaging sanhi ng epekto ng ilang iba pang mga katawan sa katawan na ito.

Ang unang batas ng Newton ay may bisa lamang sa mga inertial na frame ng sanggunian.

Kahulugan

Ang mga frame ng sanggunian, na nauugnay sa kung saan ang isang katawan na hindi apektado ng ibang mga katawan, ay nakapahinga o gumagalaw nang pare-pareho at rectilinearly, ay tinatawag na inertial.

Posibleng matukoy kung ang isang ibinigay na frame ng sanggunian ay inertial lamang sa empirically. Sa karamihan ng mga kaso, maaaring isaalang-alang ng isa ang mga inertial frame ng sanggunian na nauugnay sa Earth o sa mga katawan ng sanggunian na gumagalaw nang pare-pareho at rectilinearly patungkol sa ibabaw ng lupa.

Figure 1. Inertial frames of reference

Sa kasalukuyan, nakumpirma na sa eksperimento na ang heliocentric frame of reference na nauugnay sa gitna ng Araw at tatlong "fixed" na mga bituin ay halos inertial.

Anumang iba pang frame ng sanggunian na gumagalaw nang pare-pareho at rectilinearly na nauugnay sa inertial ay mismong inertial.

Itinatag ni Galileo na imposibleng matukoy kung ang sistemang ito ay tahimik o gumagalaw nang pare-pareho at rectilinearly sa pamamagitan ng anumang mekanikal na eksperimento na itinakda sa loob ng isang inertial frame of reference. Ang pahayag na ito ay tinatawag na prinsipyo ng relativity ni Galileo, o ang mekanikal na prinsipyo ng relativity.

Ang prinsipyong ito ay kasunod na binuo ni A. Einstein at isa sa mga postulate ng espesyal na teorya ng relativity. Napakahalaga ng papel ng mga IFR sa pisika, dahil, ayon sa prinsipyo ng relativity ni Einstein, ang pagpapahayag ng matematika ng anumang batas ng pisika ay may parehong anyo sa bawat IFR.

Kung ang reference body ay gumagalaw nang may acceleration, kung gayon ang reference frame na nauugnay dito ay non-inertial, at ang 1st law ni Newton ay hindi wasto dito.

Ang pag-aari ng mga katawan upang mapanatili ang kanilang estado sa oras (bilis ng paggalaw, direksyon ng paggalaw, estado ng pahinga, atbp.) Ay tinatawag na inertia. Ang mismong kababalaghan ng pag-iingat ng bilis ng isang gumagalaw na katawan sa kawalan ng mga panlabas na impluwensya ay tinatawag na inertia.

Figure 2. Mga pagpapakita ng inertia sa bus sa simula ng paggalaw at pagpepreno

Sa pagpapakita ng pagkawalang-kilos ng mga katawan, madalas tayong nagkikita sa pang-araw-araw na buhay. Sa isang matalim na acceleration ng bus, ang mga pasahero sa loob nito ay sumandal sa likod (Larawan 2, a), at sa isang matalim na pagpepreno ng bus, sila ay sumandal pasulong (Larawan 2, b), at kapag ang bus ay lumiko sa kanan - sa kaliwang dingding nito. Sa isang malaking acceleration ng isang take-off na sasakyang panghimpapawid, ang katawan ng piloto, na sinusubukang mapanatili ang orihinal na estado ng pahinga, ay pinindot sa upuan.

Ang inertia ng mga katawan ay malinaw na ipinakita sa isang matalim na pagbabago sa mga acceleration ng mga katawan ng system, kapag ang inertial frame ng sanggunian ay pinalitan ng isang non-inertial, at kabaliktaran.

Ang inertia ng isang katawan ay karaniwang nailalarawan sa pamamagitan ng masa nito (inertial mass).

Ang puwersang kumikilos sa katawan mula sa isang non-inertial frame of reference ay tinatawag na force of inertia

Kung maraming pwersa ang sabay-sabay na kumikilos sa isang katawan sa isang non-inertial reference frame, ang ilan sa mga ito ay "ordinaryong" pwersa, at ang iba ay inertial, kung gayon ang katawan ay makakaranas ng isang resultang puwersa, na siyang vector sum ng lahat ng pwersang kumikilos dito. . Ang resultang puwersa na ito ay hindi isang puwersa ng pagkawalang-galaw. Ang puwersa ng pagkawalang-galaw ay bahagi lamang ng nagresultang puwersa.

Kung ang isang stick, na nasuspinde sa dalawang manipis na sinulid, ay dahan-dahang hinihila ng isang kurdon na nakakabit sa gitna nito, kung gayon:

1. masisira ang wand;
2. naputol ang kurdon;
3. masisira ang isa sa mga thread;
4. anumang opsyon ay posible, depende sa inilapat na puwersa

Larawan 4

Ang puwersa ay inilalapat sa gitna ng patpat, sa lugar kung saan nakabitin ang kurdon. Dahil, ayon sa 1st law ni Newton, ang anumang katawan ay may pagkawalang-kilos, isang bahagi ng stick sa punto ng pagsususpinde ng kurdon ay lilipat sa ilalim ng pagkilos ng inilapat na puwersa, at iba pang mga bahagi ng stick, kung saan ang puwersa ay hindi kumikilos. , ay mananatiling pahinga. Samakatuwid, ang stick ay masira sa punto ng pagsususpinde.

Sagot. Tamang sagot 1.

Isang lalaki ang humila ng dalawang nakatali na sledge, na naglalapat ng puwersa sa isang anggulo na 300 hanggang sa abot-tanaw. Hanapin ang puwersang ito kung alam na ang sleigh ay gumagalaw nang pantay. Ang bigat ng sleigh ay 40 kg. Koepisyent ng friction 0.3.

$t_1$ = $t_2$ = $m$ = 40 kg

$(\mathbf \mu )$ = 0.3

$(\mathbf \alpha )$=$30^(\circ)$

$g$ = 9.8 m/s2

Larawan 5

Dahil ang sleigh ay gumagalaw sa isang pare-parehong bilis, ayon sa unang batas ni Newton, ang kabuuan ng mga puwersang kumikilos sa sleigh ay zero. Isulat natin ang unang batas ni Newton para sa bawat katawan kaagad sa projection sa axis, at idagdag ang batas ni Coulomb ng dry friction para sa sleigh:

OX axis OY axis

\[\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) \kanan.\left\( \begin(array)(c) N_1-mg=0 \\ N_2+F(sin \alpha \ )-mg=0 \end(array) \right.\]

$F=\frac(2\mu mg)((cos \alpha \ )+\mu (sin \alpha \ ))=\ \frac(2\cdot 0.3\cdot 40\cdot 9.8)((cos 30() ^\circ \ )+0.3\cdot (sin 30()^\circ \ ))=231.5\ H$

Ang lahat ng mga frame ng sanggunian ay nahahati sa inertial at non-inertial. Ang inertial frame of reference ay sumasailalim sa Newtonian mechanics. Ito ay nagpapakilala sa pare-parehong rectilinear na paggalaw at isang estado ng pahinga. Ang isang non-inertial frame of reference ay nauugnay sa pinabilis na paggalaw kasama ang ibang trajectory. Ang paggalaw na ito ay tinutukoy kaugnay ng mga inertial reference system. Ang non-inertial frame of reference ay nauugnay sa mga epekto gaya ng inertial force, centrifugal force at Coriolis force.

Ang lahat ng mga prosesong ito ay lumitaw bilang isang resulta ng paggalaw, at hindi pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga katawan. Ang mga batas ni Newton ay madalas na hindi gumagana sa mga non-inertial frames of reference. Sa ganitong mga kaso, ang mga pagbabago ay idinaragdag sa mga klasikal na batas ng mekanika. Ang mga puwersa dahil sa di-inertial na paggalaw ay isinasaalang-alang sa pagbuo ng mga teknikal na produkto at mekanismo, kabilang ang mga may pag-ikot. Sa buhay, nakatagpo natin sila, lumilipat sa isang elevator, nakasakay sa isang carousel, pinapanood ang panahon at ang daloy ng mga ilog. Isinasaalang-alang din ang mga ito kapag kinakalkula ang paggalaw ng spacecraft.

Inertial at non-inertial frame of reference

Ang mga inertial frame of reference ay hindi palaging angkop para sa paglalarawan ng galaw ng mga katawan. Sa physics, mayroong 2 uri ng reference system: inertial at non-inertial reference system. Ayon sa Newtonian mechanics, ang anumang katawan ay maaaring nasa pahinga o sa uniporme at rectilinear motion, maliban sa mga kaso kapag ang isang panlabas na impluwensya ay ibinibigay sa katawan. Ang ganitong pare-parehong paggalaw ay tinatawag na inertial motion.

Ang inertial motion (inertial reference system) ang batayan ng mekanika ni Newton at ng mga gawa ni Galileo. Kung isasaalang-alang natin ang mga bituin bilang mga nakapirming bagay (na talagang hindi ganap na totoo), kung gayon ang anumang bagay na gumagalaw nang pare-pareho at rectilinearly na may kaugnayan sa kanila ay bubuo ng mga inertial na frame ng sanggunian.

Hindi tulad ng mga inertial na frame ng sanggunian, ang isang non-inertial na frame ay gumagalaw nang may kaugnayan sa tinukoy na isa na may partikular na acceleration. Kasabay nito, ang paggamit ng mga batas ni Newton ay nangangailangan ng karagdagang mga variable, kung hindi, sila ay hindi sapat na ilalarawan ang sistema. Upang masagot ang tanong kung aling mga frame ng sanggunian ang tinatawag na non-inertial, ito ay nagkakahalaga ng pagsasaalang-alang ng isang halimbawa ng non-inertial motion. Ang ganitong paggalaw ay ang pag-ikot ng ating at iba pang mga planeta.

Paggalaw sa non-inertial frames of reference

Si Copernicus ang unang nagpakita kung gaano kakomplikado ang paggalaw kung maraming pwersa ang kasangkot. Bago siya, pinaniniwalaan na ang Earth ay gumagalaw nang mag-isa, alinsunod sa mga batas ni Newton, at samakatuwid ang paggalaw nito ay inertial. Gayunpaman, pinatunayan ni Copernicus na ang Earth ay umiikot sa Araw, iyon ay, ito ay gumagawa ng isang pinabilis na paggalaw na may kaugnayan sa isang kondisyon na hindi natitinag na bagay, na maaaring isang bituin.

Kaya, mayroong iba't ibang mga sistema ng sanggunian. Ang non-inertial ay tinatawag lamang sa mga kung saan mayroong pinabilis na paggalaw, na tinutukoy na may kaugnayan sa inertial frame.

Earth bilang isang frame of reference

Ang isang non-inertial frame of reference, ang mga halimbawa nito ay matatagpuan halos lahat ng dako, ay tipikal para sa mga katawan na may kumplikadong tilapon ng paggalaw. Ang Earth ay umiikot sa Araw, na lumilikha ng pinabilis na paggalaw, na katangian ng hindi inertial na mga frame ng sanggunian. Gayunpaman, sa pang-araw-araw na pagsasanay, lahat ng bagay na nakakaharap natin sa Earth ay medyo pare-pareho sa mga postulate ni Newton. Ang bagay ay ang mga pagwawasto para sa non-inertial motion para sa mga reference system na konektado sa Earth ay napakaliit at hindi gumaganap ng malaking papel para sa atin. At ang mga equation ni Newton para sa parehong dahilan ay naging wasto sa pangkalahatan.

Foucault pendulum

Gayunpaman, sa ilang mga kaso, kinakailangan ang mga pagbabago. Halimbawa, ang sikat sa mundo na Foucault pendulum sa Cathedral of St. Petersburg ay hindi lamang umuusad nang linearly, ngunit dahan-dahan ding lumiliko. Ang pag-ikot na ito ay dahil sa non-inertial motion ng Earth sa outer space.

Sa unang pagkakataon ay nakilala ito noong 1851 pagkatapos ng mga eksperimento ng Pranses na siyentipiko na si L. Foucault. Ang eksperimento mismo ay isinagawa hindi sa St. Petersburg, ngunit sa Paris, sa isang malaking bulwagan. Ang bigat ng pendulum ball ay humigit-kumulang 30 kg, at ang haba ng connecting thread ay kasing dami ng 67 metro.

Sa mga kaso kung saan ang mga formula lamang ni Newton para sa isang inertial frame of reference ay hindi sapat upang ilarawan ang paggalaw, ang tinatawag na inertial forces ay idinaragdag sa kanila.

Mga katangian ng isang non-inertial frame of reference

Ang non-inertial frame of reference ay nagsasagawa ng iba't ibang paggalaw na nauugnay sa inertial. Maaari itong maging pasulong na paggalaw, pag-ikot, kumplikadong pinagsamang mga paggalaw. Ang panitikan ay nagbibigay din ng isang simpleng halimbawa ng isang non-inertial frame of reference bilang isang mabilis na gumagalaw na elevator. Ito ay dahil sa kanyang pinabilis na paggalaw na pakiramdam namin na kami ay idiniin sa sahig, o, sa kabaligtaran, mayroong isang pakiramdam na malapit sa kawalan ng timbang. Hindi maipaliwanag ng mga batas ng mekanika ni Newton ang gayong kababalaghan. Kung susundin mo ang sikat na physicist, kung gayon sa anumang sandali ang parehong gravity ay kikilos sa isang tao sa isang elevator, na nangangahulugang ang mga sensasyon ay dapat na pareho, gayunpaman, sa katotohanan ang lahat ay naiiba. Samakatuwid, kinakailangang magdagdag ng karagdagang puwersa sa mga batas ni Newton, na tinatawag na puwersa ng pagkawalang-galaw.

inertia force

Ang puwersa ng pagkawalang-galaw ay isang tunay na kumikilos na puwersa, bagaman ito ay naiiba sa kalikasan mula sa mga puwersang nauugnay sa pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga katawan sa kalawakan. Isinasaalang-alang ito sa pagbuo ng mga teknikal na istruktura at aparato, at gumaganap ng isang mahalagang papel sa kanilang trabaho. Ang mga puwersa ng inertia ay sinusukat sa iba't ibang paraan, halimbawa, gamit ang spring dynamometer. Ang mga non-inertial frame of reference ay hindi sarado, dahil ang mga puwersa ng inertia ay itinuturing na panlabas. Ang mga puwersa ng pagkawalang-kilos ay mga layuning pisikal na kadahilanan at hindi nakasalalay sa kalooban at opinyon ng nagmamasid.

Ang mga inertial at non-inertial reference system, ang mga halimbawa nito ay makikita sa mga textbook sa physics, ay ang pagkilos ng inertial force, centrifugal force, Coriolis force, paglipat ng momentum mula sa isang katawan patungo sa isa pa, at iba pa.

Ang paggalaw sa elevator

Ang mga non-inertial reference system, ang mga puwersa ng inertia ay nagpapakita ng kanilang sarili nang maayos sa panahon ng pinabilis na pag-akyat o pagbaba. Kung ang elevator ay gumagalaw paitaas na may acceleration, kung gayon ang nagreresultang inertia na puwersa ay may posibilidad na pinindot ang tao sa sahig, at kapag nagpepreno, ang katawan, sa kabaligtaran, ay nagsisimulang tila mas magaan. Sa mga tuntunin ng mga pagpapakita, ang puwersa ng pagkawalang-galaw sa kasong ito ay katulad ng puwersa ng grabidad, ngunit mayroon itong ganap na magkakaibang kalikasan. Ang gravity ay gravity, na nauugnay sa pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga katawan.

mga puwersang sentripugal

Ang mga puwersa sa non-inertial frames of reference ay maaari ding centrifugal. Kinakailangang ipakilala ang gayong puwersa para sa parehong dahilan tulad ng puwersa ng pagkawalang-galaw. Ang isang kapansin-pansing halimbawa ng pagkilos ng mga puwersang sentripugal ay ang pag-ikot sa isang carousel. Habang ang upuan ay may posibilidad na panatilihin ang tao sa "orbit" nito, ang puwersa ng pagkawalang-kilos ay nagiging sanhi ng pagdiin ng katawan laban sa panlabas na likod ng upuan. Ang paghaharap na ito ay ipinahayag sa hitsura ng isang kababalaghan bilang puwersa ng sentripugal.

Puwersa ng Coriolis

Ang pagkilos ng puwersang ito ay kilala sa halimbawa ng pag-ikot ng Earth. Maaari lamang itong tawaging puwersa na may kondisyon, dahil hindi ito ganoon. Ang kakanyahan ng pagkilos nito ay na sa panahon ng pag-ikot (halimbawa, ang Earth), ang bawat punto ng isang spherical na katawan ay gumagalaw sa isang bilog, habang ang mga bagay na hiwalay sa Earth ay perpektong gumagalaw sa isang tuwid na linya (tulad ng, halimbawa, isang katawan na malayang lumilipad. sa kalawakan). Dahil ang linya ng latitude ay isang tilapon ng pag-ikot ng mga punto sa ibabaw ng mundo, at may anyo ng isang singsing, anumang mga katawan na napunit mula dito at sa simula ay gumagalaw sa linyang ito, na gumagalaw nang linear, ay nagsisimulang lumihis nang higit pa at higit pa mula sa. ito sa direksyon ng mas mababang latitude.

Ang isa pang pagpipilian ay kapag ang katawan ay inilunsad sa meridional na direksyon, ngunit dahil sa pag-ikot ng Earth, mula sa punto ng view ng isang makalupang tagamasid, ang paggalaw ng katawan ay hindi na mahigpit na meridional.

Ang puwersa ng Coriolis ay may malaking impluwensya sa pag-unlad ng mga proseso ng atmospera. Sa ilalim ng impluwensya nito, ang tubig ay tumama sa silangang baybayin ng mga ilog na dumadaloy sa meridional na direksyon nang mas malakas, unti-unting nabubulok ito, na humahantong sa hitsura ng mga bangin. Sa kanluran, sa kabaligtaran, ang pag-ulan ay idineposito, kaya ito ay mas banayad at madalas na binabaha ng tubig sa panahon ng pagbaha. Totoo, hindi lamang ito ang dahilan na humahantong sa katotohanan na ang isang bahagi ng ilog ay mas mataas kaysa sa iba, ngunit sa maraming mga kaso ito ay nangingibabaw.

Ang puwersa ng Coriolis ay mayroon ding pang-eksperimentong kumpirmasyon. Nakuha ito ng German physicist na si F. Reich. Sa eksperimento, ang mga katawan ay nahulog mula sa taas na 158 m. Isang kabuuan ng 106 tulad ng mga eksperimento ang isinagawa. Sa panahon ng taglagas, ang mga katawan ay lumihis mula sa isang rectilinear (mula sa punto ng view ng isang makalupang tagamasid) na tilapon ng humigit-kumulang 30 mm.

Inertial frames of reference at ang teorya ng relativity

Ang espesyal na teorya ng relativity ni Einstein ay nilikha na may kaugnayan sa inertial frames of reference. Ang tinatawag na relativistic effect, ayon sa teoryang ito, ay dapat lumabas sa kaso ng napakataas na bilis ng katawan na may kaugnayan sa "nakatigil" na tagamasid. Ang lahat ng mga formula ng espesyal na teorya ng relativity ay isinulat din para sa pare-parehong paggalaw na likas sa inertial frame of reference. Ang unang postulate ng teoryang ito ay iginiit ang pagkakapantay-pantay ng anumang inertial reference system, ibig sabihin, ang kawalan ng espesyal, natatanging mga sistema ay postulated.

Gayunpaman, pinag-uusapan nito ang posibilidad ng pagsubok ng mga relativistic na epekto (pati na rin ang mismong katotohanan ng kanilang presensya), na humantong sa paglitaw ng mga naturang phenomena bilang ang kambal na kabalintunaan. Dahil ang mga frame ng sanggunian na nauugnay sa rocket at Earth ay pantay-pantay, ang mga epekto ng time dilation sa pares na "Earth-rocket" ay magdedepende lamang sa kung saan matatagpuan ang observer. Kaya, para sa isang tagamasid sa isang rocket, ang oras sa Earth ay dapat na mas mabagal, at para sa isang tao sa ating planeta, sa kabaligtaran, dapat itong maging mas mabagal sa isang rocket. Bilang isang resulta, ang kambal na nanatili sa Earth ay makikita ang kanyang darating na kapatid na nakababata, at ang isa na nasa rocket, pagdating, ay dapat makakita ng mas bata kaysa sa isa na nanatili sa Earth. Ito ay malinaw na ito ay pisikal na imposible.

Nangangahulugan ito na upang maobserbahan ang mga relativistic na epekto, kailangan ang ilang espesyal, natatanging frame of reference. Halimbawa, ipinapalagay na nakakakita tayo ng relativistic na pagtaas sa buhay ng mga muon kung gumagalaw sila sa halos liwanag na bilis na may kaugnayan sa Earth. Nangangahulugan ito na ang Earth ay dapat (bukod dito, nang walang alternatibo) ay may mga katangian ng isang priyoridad, pangunahing frame ng sanggunian, na sumasalungat sa unang postulate ng SRT. Posible lamang ang priyoridad kung ang Earth ang sentro ng uniberso, na naaayon lamang sa primitive na larawan ng mundo at sumasalungat sa pisika.

Non-inertial frames of reference bilang isang hindi matagumpay na paraan upang ipaliwanag ang kambal na kabalintunaan

Ang mga pagtatangka na ipaliwanag ang priyoridad ng "terrestrial" na sistema ng sanggunian ay hindi tumatayo sa pagpuna. Iniuugnay ng ilang siyentipiko ang priyoridad na ito nang tumpak sa salik ng inertiality ng isa at non-inertiality ng isa pang frame of reference. Kasabay nito, ang frame ng sanggunian na nauugnay sa isang tagamasid sa Earth ay itinuturing na inertial, sa kabila ng katotohanan na sa pisikal na agham ito ay opisyal na kinikilala bilang non-inertial (Detlaf, Yavorsky, kurso ng pisika, 2000). Ito ang una. Ang pangalawa ay ang parehong prinsipyo ng pagkakapantay-pantay ng anumang mga sistema ng sanggunian. Kaya, kung ang spacecraft ay umalis sa Earth nang may pagbilis, kung gayon mula sa punto ng view ng tagamasid sa barko mismo, ito ay static, at ang Earth, sa kabaligtaran, ay lumilipad palayo dito nang may pagtaas ng bilis.

Lumalabas na ang Earth mismo ay isang espesyal na reference frame, o ang mga naobserbahang epekto ay may ibang (hindi relativistic) na paliwanag. Maaaring ang mga proseso ay nauugnay sa mga detalye ng pag-set up o pagbibigay-kahulugan sa mga eksperimento, o sa iba pang mga pisikal na mekanismo ng naobserbahang phenomena.

Konklusyon

Kaya, ang mga di-inertial na frame ng sanggunian ay humahantong sa paglitaw ng mga puwersa na hindi natagpuan ang kanilang lugar sa mga batas ng Newtonian mechanics. Kapag nagkalkula para sa mga non-inertial system, ang mga puwersang ito ay dapat isaalang-alang, kasama ang pagbuo ng mga teknikal na produkto.

Mga tanong.

1. Paano gumagalaw ang isang katawan kung walang ibang katawan ang kumikilos dito?

Ang katawan ay gumagalaw nang pare-pareho at rectilinearly, o nasa pahinga.

2. Ang katawan ay gumagalaw sa isang tuwid na linya nang pare-pareho. Nagbabago ba ito ng bilis?

Kung ang isang katawan ay gumagalaw nang pantay at sa isang tuwid na linya, kung gayon ang bilis nito ay hindi nagbabago.

3. Anong mga pananaw tungkol sa kalagayan ng pahinga at paggalaw ng mga katawan ang umiral bago ang simula ng ika-17 siglo?

Hanggang sa simula ng ika-17 siglo, ang teorya ni Aristotle ay nangingibabaw, ayon sa kung saan, kung walang panlabas na impluwensya ang naipapatupad dito, maaari itong magpahinga, at upang ito ay gumalaw sa isang pare-parehong bilis, ang isa pang katawan ay dapat na patuloy na kumilos dito.

4. Paano naiiba ang pananaw ni Galileo tungkol sa galaw ng mga katawan sa pananaw ni Aristotle?

Ang pananaw ni Galileo sa galaw ng mga katawan ay naiiba sa pananaw ni Aristotle dahil ang mga katawan ay maaaring gumalaw nang walang mga panlabas na puwersa.

5. Paano ipinakita ang eksperimento sa Figure 19, at anong mga konklusyon ang sumunod dito?

Ang takbo ng karanasan. Mayroong dalawang bola sa isang troli na gumagalaw nang pare-pareho at rectilinearly na may kaugnayan sa lupa. Ang isang bola ay nakasalalay sa ilalim ng cart, at ang pangalawa ay sinuspinde mula sa isang sinulid. Ang mga bola ay nakapahinga kaugnay sa cart, dahil ang mga puwersang kumikilos sa kanila ay balanse. Kapag nagpepreno, gumagalaw ang parehong bola. Binabago nila ang kanilang bilis na may kaugnayan sa cart, bagama't walang puwersang kumikilos sa kanila. Konklusyon: Dahil dito, sa frame of reference na nauugnay sa braking cart, ang batas ng inertia ay hindi natutupad.

6. Paano binabasa ang unang batas ni Newton? (sa modernong mga termino)?

Ang unang batas ni Newton sa modernong pagbabalangkas: may mga sistema ng sanggunian na may kinalaman sa kung saan ang mga katawan ay nagpapanatili ng kanilang bilis na hindi nagbabago kung hindi sila apektado ng ibang mga katawan (puwersa) o ang pagkilos ng mga katawan na ito (puwersa) ay nabayaran (katumbas ng zero).

7. Anong mga sistema ng sanggunian ang tinatawag na inertial, at alin ang non-inertial?

Ang mga frame of reference kung saan natutupad ang batas ng inertia ay tinatawag na inertial, at kung saan hindi ito natutupad - non-inertial.

Oo kaya mo. Ito ay sumusunod mula sa kahulugan ng inertial frames of reference.

9. Ang frame of reference ba ay gumagalaw nang may acceleration na may kaugnayan sa anumang inertial frame?

Hindi, hindi inertial.

Mga ehersisyo.

1. Sa mesa, sa isang pare-pareho at rectilinearly na gumagalaw na tren, mayroong isang madaling palipat-lipat na laruang kotse. Nang magpreno ang tren, ang kotse ay gumulong pasulong nang walang anumang panlabas na impluwensya, na pinapanatili ang bilis nito na may kaugnayan sa lupa.
Natupad ba ang batas ng inertia: a) sa reference frame na konektado sa lupa; b) sa frame of reference na nauugnay sa tren, sa panahon ng rectilinear at unipormeng paggalaw nito? Habang nagpepreno?
Posible ba sa inilarawang kaso na isaalang-alang ang frame of reference na konektado sa earth bilang inertial? may tren?

a) Oo, ang batas ng pagkawalang-galaw ay nasiyahan sa lahat ng kaso, dahil ang makina ay patuloy na gumagalaw na may kaugnayan sa Earth; b) Sa kaso ng pare-pareho at rectilinear na paggalaw ng tren, ang batas ng inertia ay nasiyahan (ang makina ay nakatigil), ngunit hindi kapag nagpepreno. Ang earth sa lahat ng pagkakataon ay isang inertial frame of reference, at ang tren ay nasa uniporme at rectilinear motion lamang.