Перший закон Ньютона – фізика

Яке явище називають інерцією?

Що називають системою відліку?

Закон інерції відноситься до найпростішого нагоди руху – руху тіла, яке не взаємодіє з іншими тілами, т. Е. Руху вільного тіла.

Відповісти на питання, як же рухаються вільні тіла, не звертаючись до досвіду, не можна. Однак не можна поставити жодного досвіду, який би в чистому вигляді показав, як рухається ні з чим не взаємодіє тіло, так як таких тіл немає. Як же бути?

Є лише один вихід. Треба помістити тіло в умови, за яких вплив зовнішніх взаємодій можна робити все меншим і меншим, і спостерігати, до чого це веде. Можна, наприклад, спостерігати за рухом гладкого каменю на горизонтальній поверхні, після того як йому повідомлена деяка швидкість. (Тяжіння каменю до Землі компенсується дією поверхні, на яку він спирається; на швидкість його руху впливає тільки тертя.) При цьому легко виявити, що, чим більш гладкою є поверхня, тим повільніше буде зменшуватися швидкість каменю. На гладкому льоду камінь ковзає вельми довго, не змінюючи помітно швидкість. На основі подібних спостережень можна зробити висновок: якби поверхня була ідеально гладкою, то за відсутності опору повітря (у вакуумі) камінь зовсім не міняв би своєї швидкості. Саме до такого висновку прийшов вперше Галілей.

Сформулюємо перший закон Ньютона:

Перший закон Ньютона:
Існують системи відліку, звані інерціальними, щодо яких тіло рухається прямолінійно і рівномірно, якщо на нього не діють інші тіла.

Первиі закон, або закон інерції, як його часто називають, фактично був відкритий Галілеєм, але сувору формулювання дав і включив його в число основних законів механіки Ісаак Ньютон.

Цей закон, з одного боку, містить визначення інерціальної системи відліку. З іншого боку, він містить твердження (яке з тією чи іншою мірою точності можна перевірити на досвіді) про те, що інерціальні системи відліку існують в дійсності.

Інерціальні і неінерційні системи відліку. Дотепер систему відліку ми пов’язували з Землею, т. Е. Розглядали рух відносно Землі. У системі відліку, пов’язаній із Землею, прискорення тіла визначається тільки дією на нього інших тіл. Система відліку, пов’язана із Землею, є інерціальній.

З формулювання першого закону випливає, що

Важливо
якщо є одна інерціальна система відліку, то будь-яка інша рухома щодо неї прямолінійно і рівномірно також є інерціальній.

Наведіть приклади інерційних і неінерційній систем відліку.

прискорення щодо стінок автобуса
Однак, крім інерційних систем відліку, є й інші, в яких тіло має прискорення навіть у тому випадку, коли на нього інші тіла не діють.

В якості прикладу розглянемо систему відліку, пов’язану з автобусом. При рівномірному русі автобуса пасажир може не триматися за поручень, дія з боку автобуса компенсується взаємодією з Землею. При різкому гальмуванні автобуса стоять у проході, падають вперед, отримуючи прискорення щодо стінок автобуса (рис. 2.6). Однак це прискорення не викликано певними новими впливами з боку Землі або автобуса безпосередньо на пасажирів. Відносно Землі пасажири зберігають свою постійну швидкість, але автобус починає рухатися з прискоренням, і пасажири стосовно нього також рухаються з прискоренням. Прискорення з’являється внаслідок того, що рух їх розглядається щодо тіла відліку (автобуса), що рухається з прискоренням.
Розглянемо маятник, що знаходиться на обертовому диску (рис. 2.7). Нитка маятника відхилена від вертикалі, хоча сам він нерухомий відносно диска. Натяг нитки не може бути скомпенсировано силою тяжіння до Землі. Отже, відхилення маятника не можна пояснити тільки його взаємодією з тілами.

Розглянемо ще один маятник, що знаходиться в нерухомому вагоні. Нитка маятника вертикальна (рис. 2.8, а). Шарик взаємодіє з ниткою і Землею, сила натягу нитки дорівнює силі тяжкості. З погляду пасажира у вагоні і людини, що стоїть на пероні, кулька знаходиться в рівновазі внаслідок того, що сума сил, що діють на нього, дорівнює нулю.

Як тільки вагон починає рухатися з прискоренням, нитка маятника відхиляється (кульку по інерції прагне зберегти стан спокою). З погляду людини, що стоїть на пероні, прискорення кульки має дорівнювати прискоренню вагона, так як нитка не розривається і кулька рухається разом з вагоном. Шарик раніше взаємодіє з тими ж тілами, сума сил цієї взаємодії повинна бути відмінна від нуля і визначати прискорення кульки.

З погляду пасажира, що знаходиться у вагоні, кулька нерухомий, отже, сума сил, що діють на кульку, повинна бути дорівнює нулю, однак на кульку діють ті ж сили – натягу нитки і сила Рис. 2.8 тяжкості. Значить, на кульку (рис. 2.8, б) повинна діяти сила їн, яка визначається тим, що система відліку, пов’язана з вагоном, неінерційній. Цю силу називають силою інерції (див. Рис. 2.8, б).

У неінерційній системах відліку основне положення механіки про те, що прискорення тіла викликається дією на нього інших тіл, не виконується.

Чи можна говорити про природу сили інерції?

Запам’ятай
Системи відліку, в яких не виконується перший закон Ньютона, називаються неінерційній.

Ключові слова для пошуку інформації по темі параграфа.
Інерціальні системи відліку. I закон Ньютона. І. Ньютон

Питання до параграфу

1. Яке твердження міститься в першому законі Ньютона?

2. Яка система відліку називається інерціальній?

3. Яким чином можна встановити, що дана система відліку є інерціальній?

4. Якщо за інерційну систему відліку прийняти Землю, то які треба вибрати на Землі тіла відліку, щоб системи, пов’язані з ними, були також інерціальними?

Посилання на основну публікацію