Классы
Предметы

Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона

Этот видеоурок доступен по абонементу
Подробнее об абонементе, платных и бесплатных уроках

У вас уже есть абонемент? Войти

Оплатить абонементот 75 руб. в месяц
У вас уже есть абонемент? Войти
Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона

Представляем вашему вниманию видеоурок, посвященный теме «Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона», которая входит в школьный курс физики за 9 класс.   В начале занятия преподаватель напомнит о важности выбранной системы отсчета. А затем расскажет о правильности и особенностях выбранной системы отсчеты, а также объяснит термин «инерция».

Тема: Законы взаимодействия и движения тел

Урок 13. Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона

Ерюткин Евгений Сергеевич

На предыдущем уроке мы говорили о важности выбора системы отсчета. Напомним, что от того, как мы выберем СО, будут зависеть траектория, пройденный путь, скорость. Есть еще ряд особенностей, связанных с выбором системы отсчета, именно о них поговорим.

Инерция и инертность

В седьмом классе вы изучали понятия «инерция» и «инертность». Инерция – это явление, при котором тело стремится сохранить свое первоначальное состояние. Если оно двигалось, то оно должно стремиться к тому, чтобы сохранять скорость этого движения. А если оно покоилось, то будет стремиться сохранить свое состояние покоя.

Инертность – это свойство тела сохранять состояние движения. Свойство инертности характеризуется такой величиной, как масса. Чем тело тяжелее, тем его труднее сдвинуть с места или, наоборот, остановить.

Инерциальные системы отсчёта

Обратите внимание на то, что эти понятия имеют непосредственное отношение к понятию «инерциальная система отсчета» (ИСО), о которой будет идти речь ниже.

Рассмотрим движение тела (или состояние покоя) в случае, если на тело не действуют другие тела. Заключение о том, как будет вести себя тело в отсутствии действия других тел, впервые было предложено Рене Декартом: если тело движется и на него не действуют другие тела, то движение будет сохраняться, оно будет оставаться прямолинейным и равномерным. Если же на тело не действуют другие тела, а тело покоится, то будет сохраняться состояния покоя. Но известно, что состояние покоя связано с системой отсчета, в одной СО тело покоится, а в другой вполне успешно и ускоренно движется. Результаты опытов и рассуждений приводят к выводу о том, что не во всех системах отсчета тело будет двигаться прямолинейно и равномерно или находиться в состоянии покоя при отсутствии действия на него других тел. Следовательно, для решения главной задачи механики важно выбрать такую систему отчета, где все-таки выполняется закон инерции, где ясна причина, вызвавшая изменение движения тела. Если тело будет двигаться прямолинейно и равномерно в отсутствии действия других тел, такая система отсчета будет для нас предпочтительной, а называться она будет инерциальной системой отсчета (ИСО).

Можно провести следующие рассуждения относительно инерциальной системы отсчета. Представьте ситуацию, когда движется автомобиль, затем водитель выключает двигатель, и дальше автомобиль движется по инерции. Но это некорректное утверждение.

сила трения

Рис.1. Скорость автомобиля меняется в результате действия силы трения

По той простой причине, что с течением времени автомобиль остановится в результате действия силы трения. Поэтому в данном случае не будет равномерного движения – одно из условий отсутствует.

Рассмотрим другой случай: с постоянной скоростью движется большой, крупный трактор при этом впереди тащит большой груз ковшом. Такое движение можно рассматривать как прямолинейное и равномерное.

равномерное прямолинейное движение

Рис. 2. Экскаватор движется равномерно и прямолинейно. Действие всех тел скомпенсировано

Потому что в этом случае все силы, которые действуют на тело, скомпенсированы, уравновешивают друг друга. Значит, систему отсчета, связанную с этим телом, мы можем считать инерциальной.

Инерциальных систем отсчета может быть очень много. Реально же такая система отсчета все-таки идеализирована. Поскольку при ближайшем рассмотрении таких систем отсчета в полном смысле нет. ИСО – это некая идеализация, которая позволяет эффективно моделировать реальные физические процессы.

Для инерциальных систем отсчета справедлива формула сложения скоростей Галилея. Также заметим, что все системы отсчета, о которых мы говорили до этого, можно считать инерциальными в некотором приближении.

Первый закон Ньютона

Впервые сформулировал закон, посвященный ИСО, Исаак Ньютон. Заслуга Ньютона заключается в том, что он первый научно показал, что скорость движущегося тела меняется не мгновенно, а в результате какого-то действия в течение времени. Вот этот факт и лег в основу создания закона, который называем первым законом Ньютона.

Первый закон Ньютона: существуют такие системы отсчета, в которых тело движется прямолинейно и равномерно или находится в состоянии покоя в том случае, если на тело не действуют силы или все силы, действующие на тело, скомпенсированы. Такие системы отсчета называются инерциальными.

По-другому иногда говорят следующее: инерциальной системой отсчета называется такая система, в которой выполняются законы Ньютона.

Неинерциальные системы отсчёта

Большая часть систем, реальных систем отсчета – неинерциальные. Рассмотрим простой пример: сидя в поезде, вы положили на стол какое-либо тело (например, яблоко). Когда поезд трогается с места, мы будем наблюдать такую любопытную картину: яблоко будет двигаться, покатится в противоположную движению поезда сторону. В данном случае мы не сможем определить, какие же тела действуют, заставляют яблоко двигаться. В этом случае говорят, что система неинерциальная. Но можно выйти из положения, введя силу инерции.

Еще один пример: когда тело движется по закруглению дороги, то возникает сила, которая заставляет отклоняться тело от прямолинейного направления движения.

неинерциальная система отсчёта

Рис. 3. Пример неинерциальной СО

В этом случае мы тоже должны рассмотреть неинерциальную систему отсчета, но, как и в предыдущем случае, тоже можем выйти из положения, вводя т.н. силы инерции.

Заключение

Систем отсчета существует бесконечное множество, но среди них большинство – это те, которые мы инерциальными системами отсчета считать не можем. Инерциальная система отсчета – это идеализированная модель. Кстати, такой системой отсчета мы можем принять систему отсчета, связанную с Землей или какими-либо далекими объектами (например, со звездами).

Список дополнительной литратуры

  1. Галилей Г. Диалог о двух главнейших системах мира: Птолемеевой и Коперниковой. ОГИЗ-СССР, 1948
  2. Гиндикин С.Г. Рассказы о физиках и математиках. Библиотечка “Квант»”. Вып. 14. М.: Наука, 1982
  3. Лебедев В.И. Исторические опыты по физике. М.: КомКнига, 2007
  4. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика: Учебник для 9 класса средней школы. М.: Просвещение
  5. Ньютон И. Математические начала натуральной философии. М.: Наука, 1989
  6. Слободянюк А.И. Физика 10. Часть 1. Механика. Электричество
  7. Физика. Механика. 10 класс. Под ред. Мякишева Г.Я. М.: Дрофа
  8. Филатов Е.Н. Физика 9. Часть 1. Кинематика. ВШМФ: Авангард
  9. Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. Развитие идей от первоначальных понятий до теории относительности и квантов. М.: Наука, 1965