Gli antichi filosofi hanno cercato di comprendere l'essenza del movimento, di rivelare l'influenza delle stelle e del Sole su una persona. Inoltre, le persone hanno sempre cercato di identificare le forze che agiscono su un punto materiale nel processo del suo movimento, così come in un momento di riposo.
Aristotele credeva che in assenza di movimento, il corpo non fosse influenzato da alcuna forza. Proviamo a scoprire quali sistemi di riferimento sono detti inerziali, ne daremo degli esempi.
Stato di riposo
Nella vita di tutti i giorni è difficile rilevare una tale condizione. In quasi tutti i tipi di movimento meccanico si presume la presenza di forze estranee. Il motivo è la forza di attrito, che non permette a molti oggetti di lasciare la loro posizione originale, di lasciare lo stato di riposo.
Considerando esempi di sistemi di riferimento inerziali, notiamo che corrispondono tutti alla prima legge di Newton. Solo dopo la sua scoperta è stato possibile spiegare lo stato di riposo, indicare le forze che agiscono in questo stato sul corpo.
Formulazione della prima legge di Newton
Nell'interpretazione moderna, spiega l'esistenza di sistemi di coordinate, rispetto ai quali si può considerare l'assenza di forze esterne che agiscono su un punto materiale. Dal punto di vista di Newton, i sistemi di riferimento sono detti inerziali, e ci permettono di considerare la conservazione della velocità del corpo per un lungo periodo.
Definizioni
Quali sistemi di riferimento sono inerziali? Esempi di loro sono studiati nel corso di fisica della scuola. Si considerano sistemi di riferimento inerziali quelli rispetto ai quali il punto materiale si muove a velocità costante. Newton ha chiarito che qualsiasi corpo può trovarsi in uno stato simile purché non sia necessario applicargli forze che possano cambiare tale stato.
In re altà, la legge dell'inerzia non è rispettata in tutti i casi. Analizzando esempi di sistemi di riferimento inerziali e non inerziali, si consideri una persona che si aggrappa ai corrimano di un veicolo in movimento. Quando un'auto frena bruscamente, una persona si sposta automaticamente rispetto al veicolo, nonostante l'assenza di una forza esterna.
Risulta che non tutti gli esempi di un sistema di riferimento inerziale corrispondono alla formulazione della legge di 1 Newton. Per chiarire la legge dell'inerzia è stata introdotta una raffinata definizione di sistemi di riferimento in cui essa è perfettamente rispettata.
Tipi di sistemi di riferimento
Quali sistemi di riferimento sono chiamati inerziali? Presto sarà chiaro. "Fornire esempi di sistemi di riferimento inerziali in cui 1 legge di Newton è soddisfatta" -un compito simile è offerto agli scolari che hanno scelto la fisica come esame in prima media. Per far fronte al compito, è necessario avere un'idea dei sistemi di riferimento inerziali e non inerziali.
L'inerzia implica la conservazione del riposo o del movimento rettilineo uniforme del corpo fintanto che il corpo è in isolamento. I corpi "isolati" sono quelli che non sono collegati, non interagiscono, sono rimossi l'uno dall' altro.
Consideriamo alcuni esempi di un sistema di riferimento inerziale. Assumendo una stella nella galassia come quadro di riferimento, piuttosto che un autobus in movimento, l'implementazione della legge di inerzia per i passeggeri che si aggrappano ai binari sarà impeccabile.
Durante la frenata, questo veicolo continuerà a muoversi uniformemente in linea retta fino a quando non sarà interessato da altri corpi.
Quali esempi di sistema di riferimento inerziale puoi fornire? Non dovrebbero avere una connessione con il corpo analizzato, influenzarne l'inerzia.
È per tali sistemi che si soddisfa la prima legge di Newton. Nella vita reale, è difficile considerare il movimento di un corpo rispetto a sistemi di riferimento inerziali. È impossibile raggiungere una stella lontana per condurre esperimenti terrestri da essa.
La Terra è accettata come sistema di riferimento condizionale, nonostante sia associata ad oggetti posti su di essa.
È possibile calcolare l'accelerazione nel sistema di riferimento inerziale se consideriamo la superficie terrestre come sistema di riferimento. In fisica, non esiste una registrazione matematica della prima legge di Newton, ma è lui che ne è la basederivazione di molte definizioni e termini fisici.
Esempi di strutture inerziali di riferimento
Gli studenti delle scuole a volte hanno difficoltà a comprendere i fenomeni fisici. Agli studenti di prima media viene offerto il compito del seguente contenuto: “Quali quadri di riferimento sono chiamati inerziali? Fornisci esempi di tali sistemi. Supponiamo che il carrello con la palla si muova inizialmente su una superficie piana con velocità costante. Quindi si muove lungo la sabbia, di conseguenza, la palla viene messa in movimento accelerato, nonostante nessun' altra forza agisca su di essa (il loro effetto totale è zero).
L'essenza di ciò che sta accadendo può essere spiegata dal fatto che mentre si muove su una superficie sabbiosa, il sistema cessa di essere inerziale, ha una velocità costante. Esempi di sistemi di riferimento inerziali e non inerziali indicano che la loro transizione avviene in un certo periodo di tempo.
Quando il corpo accelera, la sua accelerazione ha un valore positivo e quando frena, questa cifra diventa negativa.
Movimento curvilineo
Relativo alle stelle e al Sole, il movimento della Terra avviene lungo una traiettoria curvilinea, che ha la forma di un'ellisse. Quel quadro di riferimento, in cui il centro è allineato con il Sole e gli assi sono diretti verso determinate stelle, sarà considerato inerziale.
Nota che qualsiasi sistema di riferimento che si sposterà in linea retta e in modo uniforme rispetto all'eliocentricoil sistema è inerziale. Il movimento curvilineo viene eseguito con una certa accelerazione.
Dato che la Terra si muove attorno al suo asse, il sistema di riferimento, che è associato alla sua superficie, relativo all'eliocentrico si muove con una certa accelerazione. In una tale situazione, possiamo concludere che il sistema di riferimento, che è connesso con la superficie terrestre, si muove con accelerazione rispetto all'eliocentrico, quindi non può essere considerato inerziale. Ma il valore dell'accelerazione di un tale sistema è così piccolo che in molti casi influisce in modo significativo sulle specificità dei fenomeni meccanici considerati relativi ad esso.
Per risolvere problemi pratici di natura tecnica, è consuetudine considerare inerziale il sistema di riferimento rigidamente connesso con la superficie terrestre.
Relatività galileiana
Tutti i sistemi di riferimento inerziali hanno una proprietà importante, che è descritta dal principio di relatività. La sua essenza sta nel fatto che qualsiasi fenomeno meccanico nelle stesse condizioni iniziali si svolge allo stesso modo, indipendentemente dal sistema di riferimento scelto.
L'uguaglianza di ISO secondo il principio di relatività è espressa nelle seguenti disposizioni:
- In tali sistemi, le leggi della meccanica sono le stesse, quindi qualsiasi equazione da essi descritta, espressa in termini di coordinate e tempo, rimane invariata.
- I risultati degli esperimenti meccanici in corso consentono di stabilire se il sistema di riferimento sarà a riposo o se renderàmoto rettilineo uniforme. Qualsiasi sistema può essere condizionatamente riconosciuto come fermo se l' altro contemporaneamente si muove rispetto ad esso a una certa velocità.
- Le equazioni della meccanica rimangono invariate rispetto alle trasformazioni di coordinate nel caso di transizione da un sistema all' altro. Puoi descrivere lo stesso fenomeno in sistemi diversi, ma la loro natura fisica non cambierà.
Risoluzione dei problemi
Primo esempio.
Determinare se il sistema di riferimento inerziale è: a) un satellite artificiale della Terra; b) attrazione per bambini.
Risposta. Nel primo caso non si tratta di un sistema di riferimento inerziale, poiché il satellite si muove in orbita sotto l'influenza della forza di gravità, quindi il movimento avviene con una certa accelerazione.
Anche l'attrazione non può essere considerata un sistema inerziale, poiché il suo movimento rotatorio avviene con una certa accelerazione.
Secondo esempio.
Il sistema di segnalazione è saldamente collegato all'ascensore. In quali situazioni può essere chiamato inerziale? Se l'ascensore: a) cade; b) sale uniformemente; c) sale rapidamente d) uniformemente diretto verso il basso.
Risposta. a) In caduta libera compare l'accelerazione, quindi il sistema di riferimento associato all'ascensore non sarà inerziale.
b) Con un movimento uniforme dell'ascensore, il sistema è inerziale.
c) Quando ci si muove con una certa accelerazione, il sistema di riferimento è considerato inerziale.
d) L'ascensore si muove lentamente, ha un'accelerazione negativa, quindi non puoichiama il sistema di riferimento inertial.
Conclusione
Per tutto il tempo della sua esistenza, l'umanità ha cercato di comprendere i fenomeni che si verificano in natura. I tentativi di spiegare la relatività del moto furono fatti da Galileo Galilei. Isaac Newton riuscì a derivare la legge dell'inerzia, che iniziò ad essere usata come postulato principale nei calcoli in meccanica.
Attualmente, il sistema di rilevamento della posizione del corpo include il corpo, il dispositivo per determinare l'ora e il sistema di coordinate. A seconda che il corpo sia in movimento o fermo, è possibile caratterizzare la posizione di un determinato oggetto nel periodo di tempo desiderato.
