Основные законы механики системы отсчета

3.1. Принцип инерции Галилея

Г. Галилей (1564–1642) справедливо считается основателем физики как науки. Ему мы обязаны развитием современного метода исследований, кратко выражающегося в цепочке: эксперимент => модель (выделение в явлении главных особенностей, то есть применение абстракции) => математическое описание => следствия модели => новый эксперимент для их проверки.

Среди прочих научных достижений, в механике им были введены два основополагающих принципа: принцип инерции и принцип относительности. Принцип инерции Галилея был повторен И. Ньютоном (1643–1727) в качестве первого закона механики.

Первый закон Ньютона гласит:

Существуют такие системы отсчета, в которых всякая материальная точка находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока это состояние не будет изменено воздействием со стороны других тел. Такие системы отсчета принято называть инерциальными.

Ответ на вопрос: «Существуют ли инерциальные системы отсчета или нет?», как всегда, дает эксперимент. По результатам современных измерений гелиоцентрическая система отсчета, в которой неподвижен центр Солнца, и оси которой направлены на неподвижные звезды, является инерциальной. Это означает следующую простую вещь: существующие акселерометры (измерители ускорения) не обнаруживают отклонений от первого закона Ньютона в гелиоцентрической системе отсчета. Покой или равномерное прямолинейное движение — это состояние с равным нулю ускорением, следовательно, если тело, не подверженное воздействиям извне, приобретает ускорение, то это означает, что движение этого тела рассматривается в неинерциальной системе отсчета. Солнечная система совершает финитное движение в пределах нашей галактики (Млечный путь), любое финитное движение есть движение с ускорением, но солнечная система далека от центра галактики — мы периферийные жители — кривизна её траектории ничтожна, наши приборы не обнаруживают ускорений и мы утверждаем, что гелиоцентрическая система отсчета инерциальна. Инерциальная система отсчета — ещё одна идеализация: в точном смысле инерциальных систем отсчета не существует. Естественно предположить, что это обстоятельство было в ряду тех, что подвигли Эйнштейна на создание общей теории относительности, в которой утверждается физическое равноправие всех вообще, а не только инерциальных, систем отсчета, а поля сил инерции эквивалентны гравитационным полям (так называемый «принцип эквивалентности» подробнее речь об этом пойдет позже).

В дальнейшем будет видно, что любая система отсчета, движущаяся поступательно с постоянной по величине и направлению скоростью относительно некоторой инерциальной системы отсчета, также инерциальна. Другими словами, существование одной инерциальной системы отсчета означает существование бесконечно большого числа таких систем.

Свойство тела сохранять состояние покоя или прямолинейного равномерного движения называется инерцией. Сам этот принцип — принцип инерции Галилея (или первый закон Ньютона) — далеко не столь очевиден.

До Галилея думали, что для движения нужна какая-то причина, движущая сила. Даже великий Леонардо да Винчи писал: «Всякое движение стремится к своему сохранению, или же каждое движущееся тело движется постоянно, пока в нем сохраняется действие его двигателя». Удивительно, но туповатый полковник фон Циллергут из книги Я. Гашека «Похождения бравого солдата Швейка», мыслил похоже: нет бензина, не работает двигатель, автомобиль останавливается. После Галилея стала возможной чеканная латинская формулировка Р. Декарта (1596–1650): «Quod in vacuo movetur, semper moveri» (что движется в пустоте, будет двигаться всегда).

Дело в том, что в природе действительно никогда не наблюдаются тела, вечно сохраняющие состояние покоя или прямолинейного равномерного движения. Нужно было проявить ту самую способность строить модели, отбрасывать несущественное, абстрагироваться, чтобы открыть принцип инерции. Изучая основные законы механики, мы идеализируем систему: пренебрегаем силами трения, считаем, что поблизости нет других тел и т. д. И тогда принцип инерции проявляет себя во всей своей красе и силе:

Для равномерного прямолинейного движения не нужно двигателя, движущая сила нужна для изменения такого вида движения тела.

Видео 3.1. Стальной шарик в поле магнита. Эксперимент, показывающий, что для искривления траектории необходима соответствующая внешняя сила.

online.mephi.ru

Механика. Основные законы . Иродов И.Е.

10 -е изд. — М.: 2010. — 309 с.

В книге рассмотрены основные законы как нерелятивистской (ньютоновской), так и релятивистской механики — законы движения и законы сохранения импульса, энергии и момента импульса. На большом количестве примеров и задач показано, как следует применять эти законы при решении различных конкретных вопросов. Для студентов физических специальностей вузов.

Формат: pdf (2010, 10-е изд., 309с.)

Формат: pdf (1985, 3-е изд., 248с.)

Содержание
Предисловие 5
Система обозначений 6
Введение 7
Глава 1. Основы кинематики 9
§ 1.1. Кинематика точки 9
§ 1.2. Кинематика твердого тела 16
§ 1.3. Преобразование скорости и ускорения при переходе к другой системе отсчета 24
Задачи 28
Глава 2. Основное уравнение динамики 36
§ 2.1. Инерциальные системы отсчета 36
§ 2.2. Основные законы ньютоновской динамики 40
§ 2.3. Силы 45
§ 2.4. Основное уравнение динамики 48
§ 2.5. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции 51
Задачи 57
Глава 3. Закон сохранения импульса 68
§ 3.1. О законах сохранения 68
§ 3.2. Импульс системы 70
§ 3.3. Закон сохранения импульса 73
§ 3.4. Центр масс. Д-система 77
§ 3.5. Движение тела переменной массы 82
Задачи 85
Глава 4. Закон сохранения энергии 93
§ 4.1. Работа и мощность 93
§ 4.2. Консервативные силы. Потенциальная энергия 98
§ 4.3. Механическая энергия частицы в поле 108
§ 4.4. Потенциальная энергия системы 112
§ 4.5. Закон сохранения механической энергии системы 117
§ 4.6. Столкновение двух частиц 126
§ 4.7. Механика несжимаемой жидкости 136
Задачи 143
Глава 5. Закон сохранения момента импульса 157
§ 5.1. Момент импульса частицы. Момент силы 157
§ 5.2. Закон сохранения момента импульса 163
§ 5.3. Собственный момент импульса 169
§ 5.4. Динамика твердого тела 173
Задачи 189
Глава 6. Колебания 200
§ 6.1. Гармонические колебания 200
§ 6.2. Сложение гармонических колебаний 207
§ 6.3. Затухающие колебания 211
§ 6.4. Вынужденные колебания 214
Задачи 218
Глава 7. Кинематика специальной теории относительности 224
§ 7.1. Трудности дорелятивистской физики 224
§ 7.2. Постулаты Эйнштейна 229
§ 7.3. Замедление времени и сокращение длины 233
§ 7.4. Преобразования Лоренца 243
§ 7.5. Следствия из преобразований Лоренца 247
Задачи 255
Глава 8. Релятивистская динамика 262
§ 8.1. Релятивистский импульс 262
§ 8.2. Основное уравнение релятивистской динамики. 266
§ 8.3. Закон взаимосвязи массы и энергии 269
§ 8.4. Связь между энергией и импульсом частицы 273
§ 8.5. Система релятивистских частиц 277
Задачи 285
Приложения 293
1. Движение точки в полярных координатах 293
2. О задаче Кеплера 295
3. Доказательство теоремы Штейнера 297
4. Греческий алфавит 298
5. Основные единицы СИ в механике 298
6. Формулы алгебры и тригонометрии 299
7. Таблица производных и интегралов 299
8. Некоторые сведения о векторах 300
9. Единицы механических величин в системах СИ и СГС 301
10. Десятичные приставки к названиям единиц 302
11. Некоторые внесистемные единицы 302
12. Астрономические величины 303
13. Физические постоянные 303
Предметный указатель 304

Цель этой книги — сосредоточить внимание на основных законах механики (законах движения и законах сохранения импульса, энергии и момента импульса), а также показать, как следует применять эти законы при решении различных конкретных задач. При этом автор стремился помочь студентам, приступившим к изучению физики, начать вырабатывать в себе необходимую для будущего специалиста культуру физического мышления, а также определенную смелость в самостоятельном подходе к решению проблемных задач.
Книга содержит две части: ньютоновская механика (1-6 главы); релятивистская механика (7-8 главы). В первой части законы механики рассматриваются в ньютоновском приближении, т. е. при скоростях движения, значительно меньших скорости света, во второй — при скоростях, сравнимых со скоростью света.
В каждой главе сначала излагается теория соответствующего вопроса, а затем на ряде наиболее поучительных и интересных в физическом отношении примеров и задач показывается, как следует подходить к их решению. Задачи (их около 90) тесно связаны с основным текстом, часто являются его развитием и дополнением, поэтому работа над ними не менее важна, чем изучение основного текста.
Курсивом выделены важнейшие положения и термины. Петит используется для примеров и задач, а также для материала повышенной трудности (этот материал при первом чтении можно безболезненно опустить).
В настоящем издании сделаны некоторые изменения чисто технического характера, внесены небольшие дополнения и уточнения, а также исправлены замеченные опечатки.
Книга как учебное пособие рассчитана в основном на студентов первых курсов вузов с расширенной программой по курсу общей физики. Она может быть полезной и студентам старших курсов, а также преподавателям вузов.

О том, как читать книги в форматах pdf , djvu — см. раздел » Программы; архиваторы; форматы pdf, djvu и др. «

www.alleng.ru

Основные понятия и законы механики

Главная > Изложение >Физика

Краткое содержание школьного курса физики

Основные понятия и законы механики

Кинематика. Механическое движение

Относительность движения. Система отсчета

Траектория, путь, перемещение

Равномерное, равноускоренное прямолинейное движение

Свободное падение тел. Ускорение свободного падения

Равномерное движение по окружности

Основы динамики. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея

Момент силы. Условие равновесия рычага

Третий закон Ньютона

Сила упругости. Закон Гука

Сила трения. Коэффициент трения скольжения

Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести

Вес тела. Невесомость

Вес тела. Невесомость

Законы сохранения в механике

Закон сохранения полной механической энергии

Жидкости и газы

Закон Паскаля для жидкостей и газов

Принцип устройства гидравлического пресса

Атмосферное давление. Изменение атмосферного давления с высотой

Формулы кинематики

Кинематика. Механическое движение

Механическим движением называется изменение положения тела (в пространстве) относительно других тел (с течением времени).

Относительность движения. Система отсчета

Чтобы описать механическое движение тела (точки), нужно знать его координаты в любой момент времени. Для определения координат следует выбрать тело отсчета и связать с ним систему координат. Часто телом отсчета служит Земля, с которой связывается прямоугольная декартова система координат. Для определения положения точки в любой момент времени необходимо также задать начало отсчета времени.

Система координат, тело отсчета, с которым она связана, и прибор для измерения времени образуют систему отсчета, относительно которой рассматривается движение тела.

Материальная точка

Тело, размерами которого в данных условиях движения можно пренебречь, называют материальной точкой. Тело можно рассматривать как материальную точку, если его размеры малы по сравнению с расстоянием, которое оно проходит, или по сравнению с расстояниями от него до других тел.

Траектория, путь, перемещение

Траекторией движения называется линия, вдоль которой движется тело. Длина траектории называется пройденным путем. Путь — скалярная физическая величина, может быть только положительным.

Перемещением называется вектор, соединяющий начальную и конечную точки траектории.

Движение тела, при котором все его точки в данный момент времени движутся одинаково, называется поступательным движением. Для описания поступательного движения тела достаточно выбрать одну точку и описать ее движение.

Движение, при котором траектории всех точек тела являются окружностями с центрами на одной прямой и все плоскости окружностей перпендикулярны этой прямой, называется вращательным движением.

Метр и секунда

Чтобы определить координаты тела, необходимо уметь измерять расстояние на прямой между двумя точками. Любой процесс измерения физической величины заключается в сравнении измеряемой величины с единицей измерения этой величины.

Единицей измерения длины в Международной системе единиц (СИ) является метр. Метр равен примерно 1/40 000 000 части земного меридиана. По современному представлению метр — это расстояние, которое свет проходит в пустоте за 1/299 792 458 долю секунды.

Для измерения времени выбирается какой-нибудь периодически повторяющийся процесс. Единицей измерения времени в СИ принята секунда. Секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения атома цезия при переходе между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния.

В СИ длина и время приняты за независимые от других величины. Подобные величины называются основными.

Мгновенная скорость

Для количественной характеристики процесса движения тела вводится понятие скорости движения. Мгновенной скоростью поступательного движения тела в момент времени t называется отношение очень малого перемещения  s к малому промежутку времени  t , за который произошло это перемещение:

; .

Мгновенная скорость — векторная величина. Мгновенная скорость перемещения всегда направлена по касательной к траектории в сторону движения тела. Единицей скорости является 1 м/с. Метр в секунду равен скорости прямолинейно и равномерно движущейся точки, при которой точка за время 1 с перемещается на расстояние 1 м.

Ускорением называется векторная физическая величина, равная отношению очень малого изменения вектора скорости к малому промежутку времени, за которое произошло это изменение, т.е. это мера быстроты изменения скорости:

; .

Метр в секунду за секунду — это такое ускорение, при котором скорость тела, движущегося прямолинейно и равноускоренно, за время 1 с изменяется на 1 м/с.

Направление вектора ускорения совпадает с направлением вектора изменения скорости () при очень малых значениях промежутка времени, за который происходит изменение скорости.

Если тело движется по прямой и его скорость возрастает, то направление вектора ускорения совпадает с направлением вектора скорости; при убывании скорости — противоположно направлению вектора скорости.

При движении по криволинейной траектории направление вектора скорости изменяется в процессе движения, вектор ускорения при этом может оказаться направлен под любым углом к вектору скорости.

Равномерное, равноускоренное прямолинейное движение

Движение с постоянной скоростью называется равномерным прямолинейным движением. При равномерном прямолинейном движении тело движется по прямой и за любые равные промежутки времени проходит одинаковые пути.

Движение, при котором тело за равные промежутки времени совершает неодинаковые перемещения, называют неравномерным движением. При таком движении скорость тела изменяется с течением времени.

Равнопеременным называется такое движение, при котором скорость тела за любые равные промежутки времени изменяется на одинаковую величину, т.е. движение с постоянным ускорением.

Равноускоренным называется равнопеременное движение, при котором величина скорости возрастает. Равнозамедленным — равнопеременное движение, при котором величина скорости уменьшается.

Сложение скоростей

Рассмотрим перемещение тела в подвижной системе координат. Пусть — перемещение тела в подвижной системе координат, — перемещение подвижной системы координат относительно неподвижной, тогда — перемещение тела в неподвижной системе координат равно:

Если перемещения и совершаются одновременно, то:

.

.

Мы получили, что скорость тела относительно неподвижной системы отсчета равна сумме скорости тела в подвижной системе отсчета и скорости подвижной системы отсчета относительно неподвижной. Это утверждение называется классическим законом сложения скоростей.

Графики зависимости кинематических величин от времени в равномерном и равноускоренном движении

При равномерном движении:

График скорости — прямая y = b ;

График ускорения — прямая y = 0;

График перемещения — прямая y = kx + b .

При равноускоренном движении:

График скорости — прямая y = kx + b ;

График ускорения — прямая y = b ;

График перемещения — парабола:

если a >0, ветви вверх;

чем больше ускорение, тем уже ветви;

вершина совпадает по времени с моментом, когда скорость тела равна нулю;

как правило, проходит через начало отсчета.

Свободное падение тел. Ускорение свободного падения

Свободным падением называется такое движение тела, когда на него действует только сила тяжести.

При свободном падении ускорение тела направлено вертикально вниз и примерно равно 9,8 м/с 2 . Это ускорение называется ускорением свободного падения и одинаково для всех тел.

Равномерное движение по окружности

При равномерном движении по окружности значение скорости постоянно, а ее направление изменяется в процессе движения. Мгновенная скорость тела всегда направлена по касательной к траектории движения.

Т. к. направление скорости при равномерном движении по окружности постоянно изменяется, то это движение всегда равноускоренное.

Промежуток времени, за который тело совершает полный оборот при движении по окружности, называется периодом:

.

Т. к. длина окружности s равна 2  R , период обращения при равномерном движении тела со скоростью v по окружности радиусом R равен:

.

Величина, обратная периоду обращения, называется частотой обращения и показывает, сколько оборотов по окружности совершает тело в единицу времени:

.

Угловой скоростью называется отношение угла, на который повернулось тело, к времени поворота:

.

Угловая скорость численно равна числу оборотов за 2 секунд. Ускорение при равномерном движении тел по окружности (центростремительное ускорение). При равномерном движении по окружности тело движется с центростремительным ускорением. Определим это ускорение.

,

Ускорение направлено туда же, куда и изменение скорости, следовательно, ускорение направлено к центру окружности. Важное допущение: угол  настолько мал, что длина хорды AB совпадает с длиной дуги:

по двум пропорциональным сторонам и углу между ними. Следовательно:

works.doklad.ru

Первый закон Ньютона. Масса. Сила

При движении тела по траектории его скорость может изменяться по модулю и направлению. Это означает, что тело двигается с некоторым ускорением . В кинематике не ставится вопрос о физической причине, вызвавшей ускорение движения тела. Как показывает опыт, любое изменение скорости тела возникает под влиянием других тел.

Динамика рассматривает действие одних тел на другие как причину, определяющую характер движения тел. Взаимодействием тел принято называть взаимное влияние тел на движение каждого из них.

Раздел механики, изучающий законы взаимодействия тел, называется динамикой. Законы динамики были открыты великим ученым И. Ньютоном (1687 г.). Три закона динамики, сформулированные Ньютоном, лежат в основе так называемой классической механики. Законы Ньютона следует рассматривать как обобщение опытных фактов. Выводы классической механики справедливы только при движении тел с малыми скоростями, значительно меньшими скорости света c. Самой простой механической системой является изолированное тело, на которое не действуют никакие тела. Так как движение и покой относительны, в различных системах отсчета движение изолированного тела будет разным. В одной системе отсчета тело может находиться в покое или двигаться с постоянной скоростью, в другой системе это же тело может двигаться с ускорением.

Первый закон Ньютона (или закон инерции) из всего многообразия систем отсчета выделяет класс так называемых инерциальных систем. Существуют такие системы отсчета, относительно которых изолированные поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость неизменной по модулю и направлению. Свойство тел сохранять свою скорость при отсутствии действия на него других тел называется инерцией. Поэтому первый закон Ньютона называют законом инерции. Впервые закон инерции был сформулирован Г. Галилеем (1632 г.). Ньютон обобщил выводы Галилея и включил их в число основных законов движения. В механике Ньютона законы взаимодействия тел формулируются для класса инерциальных систем отсчета. При описании движения тел вблизи поверхности Земли системы отсчета, связанные с Землей, приближенно можно считать инерциальными. Однако, при повышении точности экспериментов, обнаруживаются отклонения от закона инерции, обусловленные вращением Земли вокруг своей оси. Примером тонкого механического эксперимента, в котором проявляется неинерциальность системы, связанной с Землей, служит поведение маятника Фуко.

Так называется массивный шар, подвешенный на достаточно длинной нити и совершающий малые колебания около положения равновесия. Если бы система, связанная с Землей, была инерциальной, плоскость качаний маятника Фуко оставалась бы неизменной относительно Земли. На самом деле плоскость качаний маятника вследствие вращения Земли поворачивается, и проекция траектории маятника на поверхность Земли имеет вид розетки (рис. 1.7.1).

С высокой степенью точности инерциальной является гелиоцентрическая система отсчета (или система Коперника), начало которой помещено в центр Солнца, а оси направлены на далекие звезды. Эту систему использовал Ньютон при открытии закона всемирного тяготения (1682 г.). Инерциальных систем существует бесконечное множество. Система отсчета, связанная с поездом, идущим с постоянной скоростью по прямолинейному участку пути, – тоже инерциальная система (приближенно), как и система, связанная с Землей. Все инерциальные системы отсчета образуют класс систем, которые движутся друг относительно друга равномерно и прямолинейно. Ускорения какого-либо тела в разных инерциальных системах одинаковы. Итак, причиной изменения скорости движения тела в инерциальной системе отсчета всегда является его взаимодействие с другими телами. Для количественного описания движения тела под воздействием других тел необходимо ввести две новые физические величины – инертную массу тела и силу.

Масса – это свойство тела, характеризующее его инертность. При одинаковом воздействии со стороны окружающих тел одно тело может быстро изменять свою скорость, а другое в тех же условиях – значительно медленнее. Принято говорить, что второе из этих двух тел обладает большей инертностью, или, другими словами, второе тело обладает большей массой. Если два тела взаимодействуют друг с другом, то в результате изменяется скорость обоих тел, то есть в процессе взаимодействия оба тела приобретают ускорения. Отношение ускорений двух данных тел оказывается постоянным при любых воздействиях. В физике принято, что массы взаимодействующих тел обратно пропорциональны ускорениям:

В этом соотношении величины и следует рассматривать как проекции векторов и на ось OX (рис. 1.7.2). Знак «минус» в правой части формулы означает, что ускорения взаимодействующих тел направлены в противоположные стороны. В Международной системе единиц (СИ) масса тела измеряется в килограммах (кг). Масса любого тела может быть определена на опыте путем сравнения с массой эталона (mэт = 1 кг). Пусть m1 = mэт = 1 кг. Тогда

Масса тела – скалярная величина. Опыт показывает, что если два тела с массами m1 и m2 соединить в одно, то масса m составного тела оказывается равной сумме масс m1 и m2 этих тел:

Это свойство масс называют аддитивностью.

fizika.ayp.ru

Основные законы механики системы отсчета

Оглядываясь на все уже изученные темы, мы должны в первую очередь обратить внимание на основные идеи механики.

Первая идея состоит в том, что если на тело не действуют силы или равнодействующая всех сил равна нулю, то оно находится в покое или движется с постоянной по величине и направлению скоростью. Если же тело движется с ускорением, то это движение непременно происходит под действием силы. Невозможны покой или равномерное прямолинейное движение при наличии силы, невозможно ускоренное движение без действия силы.

Вторая основная идея механики состоит в том, что сила создается каким-нибудь телом, далеким или близким, большим или малым. С этим телом может быть непосредственный контакт, но может и не быть контакта. Но за каждой силой непременно «скрывается» какое-то тело или несколько тел.

В этих двух идеях заключена вся суть механики Ньютона.

Но всегда ли приведенные только что основные утверждения верны? Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим мысленный опыт, который можно было бы провести и на самом деле. (Частично об этом было сказано в § 28.)

На железнодорожной платформе, прицепленной к локомотиву и имеющей переднюю и заднюю стенки, находится пассажир. Допустим, что пол платформы сделан из очень твердого и гладкого материала, а пассажир стоит на роликах, способных катиться с очень малым трением (рис. 154). Допустим также, что пассажир оставил своего приятеля на станции для того, чтобы он наблюдал за явлениями на платформе. И вот платформа «тронулась», т. е.

стала двигаться с ускорением. Оставшийся на станции неподвижный наблюдатель увидит, что пассажир, после того как платформа «тронулась», остался стоять на месте, просто пол платформы уходит из-под него. Зная законы механики, этот наблюдатель скажет, что так оно и должно быть. Пассажир остается в покое, потому что действующие на него силы — сила тяжести и сила упругости платформы — направлены по вертикали и компенсируют друг друга. И только тогда, когда к пассажиру вплотную придвинется задняя стенка, он начнет двигаться вместе с платформой. Это тоже согласуется с законами механики: стенка при своем движении, придя в соприкосновение с пассажиром, взаимодействует с ним и деформируется. В результате возникает сила упругости, которая сообщает пассажиру ускорение, равное ускорению платформы.

Совсем иначе рисуется положение пассажиру, стоящему на роликах. Пассажир увидит, что он сам вдруг начал двигаться относительно платформы к задней ее стенке. И движется с некоторым ускорением. С его точки зрения, это не согласуется с законами механики. Он просто станет в тупик, если попытается выяснить, какое тело сообщило ему ускорение. Такого тела он обнаружить не сможет. Кто же из двух наблюдателей прав?

Дело тут, конечно, не в личных особенностях наблюдателей, а в тех системах отсчета, относительно которых рассматривается движение. Наблюдатель на остановке говорит о движении относительно Земли, которую он считает неподвижной системой отсчета. Пассажир же на платформе имеет в виду движение относительно системы отсчета, связанной с платформой, которая движется с ускорением относительно Земли. Все дело именно в ускоренном

движении одной системы отсчета, т. е. платформы, относительно другой системы отсчета — Земли.

Законы механики Ньютона выполняются только при условии, что движения рассматриваются относительно некоторых определенных систем отсчета.

В таких системах отсчета тела при отсутствии сил не получают ускорения (пассажир стоит на месте, к нему приближается стенка платформы). А если тела в этих системах отсчета получают ускорение, то на них действуют силы со стороны других тел (задняя стенка платформы коснулась пассажира, и он стал двигаться ускоренно вместе с платформой).

В системе же отсчета, связанной с платформой, наоборот, законы механики неверны. Относительно этой системы пассажир движется с ускорением, когда на него не действуют другие тела. А когда сила в действительности появляется (сила упругости задней стенки), пассажир останавливается и не имеет ускорения. Причиной невыполнения в этой системе отсчета законов Ньютона является ее ускоренное движение относительно системы отсчета, в которой эти законы выполняются, т. е. относительно Земли. Действительно, как только платформа, набрав скорость, станет двигаться равномерно, пассажир на роликах уже не будет катиться назад. Законы механики вступают в силу.

Если законы Ньютона верны при рассмотрении движения относительно одной системы отсчета, то они верны и относительно любой другой системы отсчета, которая сама движется относительно первой равномерно и прямолинейно.

Таких систем отсчета бесчисленное множество. Как мы уже знаем из четвертой главы, все они называются инерциальными системами отсчета. Во всех инерциальных системах отсчета законы движения одинаковы. Это так называемый принцип относительности Галилея.

Все системы отсчета, которые движутся относительно инерциальной системы ускоренно, называются неинерциальными, так как в них закон инерции не выполняется, как не выполняется и второй закон Ньютона.

1. К потолку вагона подвешен грузик на нити (маятник). Что произойдет с маятником при торможении вагона? Как это явление объясняют: а) наблюдатель, находящийся на платформе; б) наблюдатель, находящийся в вагоне?

2. Можно ли, находясь в каюте с закрытым иллюминатором и наблюдая за грузиком, подвешенным к потолку каюты, определить скорость движения парохода? Ускорение парохода?

3. Как по углу отклонения маятника, подвешенного в вагоне, определить ускорение вагона?

4. Придумайте устройство, которое нужно прикрепить к телу, чтобы оно позволило измерить его ускорение.

5. Проведите рассуждения, аналогичные приведенным в этом параграфе, для случая, когда платформа движется равномерно по окружности.

САМОЕ ГЛАВНОЕ В РАЗДЕЛЕ «ДИНАМИКА»

Вся динамика содержится в трех законах Ньютона.

Первый закон Ньютона утверждает, что существуют такие системы отсчета (инерциальные системы), относительно которых тела движутся прямолинейно и равномерно, если на них не действуют силы или если сумма всех сил равна нулю.

Ускорение телам сообщают силы, которые являются следствием действий на них других тел.

Второй закон Ньютона выражает связь между силами и вызванными ими ускорениями:

Сила, действующая на тело, зависит от его положения или скорости относительно тех тел, с которыми оно взаимодействует. Зависимость эта устанавливается из опыта.

Третий закон Ньютона состоит в том, что силы, с которыми два тела действуют друг на друга, всегда равны друг другу по абсолютному значению и противоположны по направлению и являются силами одной природы.

В механике изучаются три типа сил: силы упругости, силы трения и гравитационные силы (силы всемирного тяготения).

Сила — величина векторная. Поэтому силы складываются геометрически.

Законы Ныотона выполняются в инерциальных системах отсчета. Относительно неинерциальных систем отсчета тела могут двигаться с ускорением и при отсутствии сил, вызванных действием каких-либо тел.

Законы Ньютона перестают быть верными, когда скорости тел становятся близкими к скорости света. Они неприменимы также к движениям частиц, из которых состоят атомы веществ.

Механика Ньютона — это механика тел, движущихся со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света.

lib.alnam.ru

admin