какие системы отсчета называют инерциальными приведите примеры
Инерциальные системы отсчета.
Инерциальными системами отсчета называют такие системы, относительно которых все тела, не испытывающие действия сил, движутся равномерно и прямолинейно.
Если какая-либо система отсчета движется относительно инерциальной системы поступательно, но не прямолинейно и равномерно, а с ускорением или же вращаясь, то такая система не может быть инерциальной и закон инерции в ней не выполняется.
Во всех инерциальных системах отсчета все механические и физические процессы протекают совершенно одинаково (при одинаковых условиях).
Согласно принципу относительности, все инерциальные системы отсчета равноправны и все проявления законов физики в них выглядят одинаково, а записи этих законов в разных инерциальных системах отсчета имеют одинаковую форму.
Если в изотропном пространстве существует хотя бы одна инерциальная система отсчета, приходим к выводу, что существует бесконечное множество таких систем, движущихся друг относительно друга поступательно, равномерно и прямолинейно. Если инерциальные системы отсчета существуют, то пространство однородно и изотропно, а время – однородно.
Законы Ньютона и другие законы динамики выполняются только в инерциальных системах отсчета.
Рассмотрим пример инерциальной и неинерциальной систем. Возьмем тележку, на которой находятся два шарика. Один из них лежит на горизонтальной поверхности, а другой подвешен на нити. Сначала тележка движется относительно Земли прямолинейно и равномерно (а). Силы, действующие на каждый шарик по вертикали, уравновешены, а по горизонтали на шарики никакие силы не действуют (силу сопротивления воздуха можно проигнорировать).
При любой скорости движения тележки относительно земли (υ1, υ2, υ3 и т.д.) шарики будут находиться в покое относительно тележки, главное, чтобы скорость была постоянной.
Однако, когда тележка наедет на песчаную насыпь (б), ее скорость начнет быстро уменьшаться, в результате чего тележка остановится. Во время торможения тележки оба шарика придут в движение – изменят свою скорость относительно тележки, хотя их никакие силы не толкают.
В этом примере первой (условно неподвижной) системой отсчета является Земля. Вторая система отсчета, движущаяся относительно первой – тележка. Пока тележка двигалась равномерно и прямолинейно, шарики находились в покое относительно тележки, т. е. выполнялся закон инерции. Как только тележка стала тормозить, т. е. начала двигаться с ускорением относительно инерциальной (первой) системы отсчета, закон инерции перестал выполняться.
Строго инерциальной системы отсчета нет. Реальная система отсчета всегда связывается с каким-нибудь конкретным телом, по отношению к которому изучается различных объектов. Все реальные тела движутся с каким-либо ускорением, следовательно любая реальная система отсчета может рассматриваться в качестве инерциальной лишь приближенно.
Инерциальной системой с очень высокой степенью точности считается гелиоцентрическая система, связанная с центром Солнца и координатными осями, направленными на три далекие звезды. Эту систему используют в задачах небесной механики и космонавтики. В большинстве технических задач инерциальной системой отсчета считают любую систему, жестко связанную с землей (или любым телом, которое покоится или движется прямолинейно и равномерно относительно поверхности Земли).
Содержание:
Инерциальные системы отсчета:
Вы уже знаете, что движение и покой относительны. Если относительно одной системы тело находится в состоянии покоя, то относительно других систем отсчета тело может двигаться. Рассмотрим, например, шайбу, лежащую на ледовой площадке. Шайба находится в покое относительно льда (Земли), потому что влияние на нее Земли компенсируется влиянием льда. Но для хоккеиста, движущегося мимо шайбы прямолинейно и равномерно, она движется прямолинейно и равномерно в противоположную сторону. Таким образом, одно и то же тело (шайба) относительно одной системы отсчета (связанной с Землей) находится в покое, относительно другой (связанной с хоккеистом) движется прямолинейно и равномерно. Но хоккеист ударил по шайбе клюшкой (рис. 276).
В итоге очень непродолжительного действия клюшки шайба начинает двигаться, приобретая некоторую скорость. Интересно, что после удара, когда действие клюшки на шайбу уже прекратилось, шайба продолжает движение. Тем временем после удара влияние на шайбу других тел осталось таким же, как и до удара: как и раньше, действие Земли компенсируется действием льда, а клюшка, как и до удара, никакого влияния на движение шайбы не оказывает. Шайба после удара движется по прямой линии с почти постоянной скоростью, сообщенной ей в момент удара. Но шайба в конце концов остановится, хотя из опыта известно: чем более гладкими будут лед и шайба, тем более длительным будет движение шайбы. Поэтому можно догадаться, что если совсем устранить действие льда на подвижную шайбу (это действие называют трением), то шайба продолжала бы двигаться относительно Земли с постоянной скоростью без остановки.
Этот пример и много других, подобных ему, является проявлением одного из основных законов механики, который называют первым законом движения, или первым законом Ньютона.
Инерциальные системы отсчета
Существуют такие инерциальные системы отсчета, относительно которых тело, движущееся поступательно, сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела (или действие других тел уравновешено).
Само явление сохранения скорости движения тела (в частности, состояние покоя) при компенсации внешних действий на тело называют инерцией. Поэтому первый закон Ньютона часто называют законом инерции. Повседневное выражение «движение по инерции» и означает движение тела с постоянной скоростью, когда действие других тел уравновешено.
В первом законе Ньютона речь идет о равномерном прямолинейном движении. Движение мы можем рассматривать только в какой-либо системе отсчета. Возникают вопросы: в какой же системе отсчета выполняется первый закон? Можно ли считать, что он выполняется в любой системе отсчета? Закон инерции выполняется не во всех системах отсчета.
Возникает вопрос: существуют ли строго инерциальные системы? Ньютон, формулируя закон инерции и включая его в основные законы динамики, утверждал этим, что такие системы отсчета в природе существуют. В действительности, если в природе имеет место закон инерции, то должна существовать и такая система отсчета, где он выполняется абсолютно строго, то есть инерциальная система отсчета. А если существует хотя бы одна такая система, то из этого следует, что их есть бесчисленное количество, потому что всякая система отсчета, движущаяся равномерно и прямолинейно относительно инерциальной, будет также инерциальной.
Поскольку сила одна и та же, то какая-то величина должна быть одинакова для всех тел, которые ускоряются этой силой. На опыте и выясним, что это за величина.
Опыт. К тележке, масса которой известна (т), прикрепим один конец пружины, а второй ее конец прикрепим к нити с грузом, переброшенной через блок (рис. 277, а). Вследствие притягивания к Земле груз движется вниз и растягивает пружину. Она, растянутая на определенную длину Д(, действует силой упругости на тележку и сообщает ему ускорение. Это ускорение можно измерить, например, оно равно а. 
Это дало Ньютону основание утверждать, что сила определяется произведением массы тела и его ускорения, и сформулировать важнейший закон механики, который назвали вторым законом Ньютона.
Сила, действующая на тело, определяется произведением массы тела и его ускорения, предоставленного этой силой.
Формулу, выражающую второй закон Ньютона, следует записывать в таком виде: 
Из этой формулы можно получить выражение для
ускорения движения тела 
из которого видно, что ускорение тела
всегда направлено так же, как и сила, вызывающая его.
Ускорение движения тела прямо пропорционально силе, приложенной к нему, и обратно пропорционально массе тела и направлено в сторону действия силы.
Следует заметить, что второй закон Ньютона, как и первый, выполняется лишь для материальных точек. В случае действия сил на протяженное тело второй закон описывает ускорение не всего тела, а только его центра масс. При поступательном движении тела все его точки имеют одинаковые ускорения. Второй закон выполняется для всех точек.
Силы, с которыми какие-либо два тела действуют друг на друга, всегда равны по модулю и противоположны по направлению.
Пусть, например, на столе лежит тело (рис. 278).
С какой силой оно действует на стол 
, с такой же по значению силой стол действует на тело N. Математически это записывают так: 
Знак «-» указывает на противоположность действия этих сил.
Третий закон Ньютона выполняется для подвижных тел
Однако равенство сил не всегда обусловлено третьим законом. Следует различать силы взаимодействия, приложенные к разным взаимодействующим телам, и так называемые равнодействующие силы, которые действуют на одно тело. Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона, а силы, действующие на одно тело, подчиняются второму закону. Чтобы разобраться в этом подробнее, рассмотрим пример.
На поверхности Земли лежит тело (рис. 279). На тело действует сила 
, с которой его притягивает Земля. Но по третьему закону Ньютона и тело притягивает к себе Землю с такой же по значению, но противоположно направленной силой 
Следовательно, 
по третьему закону Ньютона.
Кроме гравитационного взаимодействия Земли и тела, между ними существует еще и упругое: с какой силой тело действует на Землю, с такой же силой и Земля действует на тело, то есть
по третьему закону Ньютона.
Таким образом, на тело действуют две силы: mg и N. Для этих сил, поскольку они приложены к одному телу, можно записать второй закон Ньютона:
Тело находится в покое, то есть 
Поэтому 
Это равенство сил доказано на основе второго закона Ньютона. На Землю также действуют две силы: 
Они уравновешены, то есть 
Это равенство так же является следствием применения второго закона.
Пример задачи с решением
Велосипедист движется со скоростью 5 м/с. С какой скоростью двигался пешеход, вышедший из того же места на 1 час раньше, если велосипедист догнал его через 30 мин после начала своего движения?
Дано:
Решение:
Велосипедист и пешеход преодолели одинаковое расстояние, следовательно: 
сюда: 
Подставим значение известных величин и по-
лучим: и
Ответ: 
При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org
Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи
Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей
Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.
Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.
Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Описание презентации по отдельным слайдам:
Описание слайда:
1
Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона
Нуждина Е.Н.
учитель физики и математики
Описание слайда:
2
ВОПРОСЫ
В чём состоит главная задача механики?
Основная задача механики — определять положение (координаты) движущегося тела в любой момент времени.
Описание слайда:
3
ВОПРОСЫ
Зачем введено понятие материальной точки?
Чтобы не описывать движение каждой точки движущегося тела.
Тело, собственными размерами которого в данных условиях можно пренебречь, называют материальной точкой.
Описание слайда:
4
ВОПРОСЫ
Когда тело можно считать материальной точкой? Приведите пример.
Описание слайда:
5
ВОПРОСЫ
Что такое система отсчёта?
Тело отсчета, связанная с ним система координат и часы для отсчета времени движения образуют систему отсчета.
0
Х
0
Х
у
0
у
z
Х
Описание слайда:
6
КИНЕМАТИКА
Кинематика (греч. «кинематос» – движение) – это раздел физики, в котором рассматриваются различные виды движения тел без учета влияния сил, действующих на эти тела.
Кинематика отвечает на вопрос:
«Как описать движение тела?»
Описание слайда:
7
Главный вопрос – почему?
Динамика – раздел механики, в котором изучают различные виды механических движений с учетом взаимодействия тел между собой.
Описание слайда:
Изменение скорости тела всегда вызывается воздействием на данное тело каких-либо других тел. Если на тело не действуют другие тела, то скорость тела никогда не меняется.
8
Описание слайда:
Описание слайда:
10
Кажутся логичными утверждения:
Описание слайда:
Описание слайда:
12
Давайте правильно взглянем на процессы
Если сила меньше, то скорость меняется…
Именно сила изменяет скорость тела
Если сил нет, то…
Сила связана не со скоростью, а с изменением скорости
Описание слайда:
13
Г. Галилей:
свободное тело, т.е. тело, которое не взаимодействует с другими телами, может сохранять свою скорость постоянной сколь угодно долго или находиться в покое.
На основе экспериментальных исследований движения шаров по наклонной плоскости
Скорость любого тела изменяется только в результате его взаимодействия с другими телами.
Галилео Галилей
Описание слайда:
14
Явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел называется инерцией.
Описание слайда:
15
Ньютон:
дал строгую формулировку закона инерции и включил его в число основных законов физики в качестве I закона Ньютона.
(1687 г. «Математические начала натуральной философии»)
Исаак Ньютон
Описание слайда:
16
Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.
По книге: И. Ньютон. Математические начала натуральной философии. пер. с лат. А. Н. Крылова. М.: Наука, 1989.
Ньютон в своём труде опирался на существование абсолютной неподвижной системы отсчёта, то есть абсолютного пространства и времени, а это представление современная физика отвергает.
Описание слайда:
17
Невыполнение закона инерции
Существуют такие системы отсчёта, в которых закон инерции выполняться не будет
Описание слайда:
18
Первый закон Ньютона:
Существуют такие системы отсчета, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела или действие других тел скомпенсировано.
Такие системы отсчета называют инерциальными.
Описание слайда:
Описание слайда:
20
Примеры
Равнодействующая равна нулю
Описание слайда:
21
Примеры
Равнодействующая равна нулю
Описание слайда:
22
Инерциальная система отсчёта (ИСО) — система отсчёта, в которой справедлив закон инерции.
I закон Ньютона справедлив только для ИСО
Описание слайда:
23
Неинерциальная система отсчёта — произвольная система отсчёта, не являющаяся инерциальной.
Примеры неинерциальных систем отсчета: система, движущаяся прямолинейно с постоянным ускорением, а также вращающаяся система.
Описание слайда:
24
Вопросы для закрепления:
В чем состоит явление инерции?
2. В чем состоит I закон Ньютона?
3. При каких условиях тело может двигаться прямолинейно и равномерно?
4. Какие системы отсчета используются в механике?
Описание слайда:
25
1. Гребцы, пытающиеся заставить лодку двигаться против течения, не могут с этим справиться, и лодка остается в покое относительно берега. Действие каких тел при этом компенсируется?
2. Яблоко, лежащее на столике равномерно движущегося поезда, скатывается при резком торможении поезда. Укажите системы отсчета, в которых первый закон Ньютона: а) выполняется; б) нарушается.
3. Каким опытом внутри закрытой каюты корабля можно установить, движется ли корабль равномерно и прямолинейно или стоит неподвижно?
Задачи:
Описание слайда:
26
Домашнее задание
Всем: §10, упр.10.
Желающим:
подготовить сообщения по темам:
«Античная механика»
«Механика эпохи Возрождения»
«И.Ньютон».
Описание слайда:
27
ДИНАМИКА
Динамика. Что изучает?
Средства описания
Причину изменения скорости (причину ускорения)
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
Основные понятия:
Масса; сила; ИСО.
ЗАКОНЫ ДИНАМИКИ:
Первый закон Ньютона-постулат о существовании ИСО;
Описание слайда:
Ответы
Воды и гребцов.
В системе отсчёта, связанной с Землёй зако выполняется. В системе, связанной с поездом нарушается.
Нельзя (Г.Галилей).
28
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс профессиональной переподготовки
Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации
Курс повышения квалификации
Современные педтехнологии в деятельности учителя
Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
также Вы можете выбрать тип материала:
Общая информация
Международная дистанционная олимпиада Осень 2021
Похожие материалы
Инерциальная система отсчета. Первый закон Ньютона
Презентация по физике на тему: «История развития физики как науки»
Рабочая программа по физике, 7 класс, Перышкин
Презентация : «Электр өрісі, электр өрісінің кернеулігі»
Контрольная работа по физике в 11 классе «Основы специальной теории относительности»
Тест по теме «Линзы»
ОРГАНИЗАЦИЯ ВНЕУРОЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПО ФИЗИКЕ
Внеклассное мероприятие по физике. Урок «Покорение Вселенной».
Не нашли то что искали?
Воспользуйтесь поиском по нашей базе из
5241329 материалов.
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
В Туве объявили каникулы в школах с 25 октября
Время чтения: 2 минуты
Большинство московских родителей поддерживают экспресс-тестирование на ковид в школах
Время чтения: 1 минута
Почти все вузы в России открыли пункты вакцинации от ковида
Время чтения: 1 минута
В школе в Пермском крае произошла стрельба
Время чтения: 1 минута
Школьников не планируют переводить на удаленку после каникул
Время чтения: 1 минута
Стартовал сбор заявок на студенческую олимпиаду «Я — профессионал»
Время чтения: 2 минуты
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
Инерция
Понятие инерция в формулировках Галилея и Ньютона
Галилео Галилей и Исаак Ньютон внесли свой вклад в развитие такого раздела физики, как механика. Неудивительно, что каждый из них предложил свою формулировку.
Галилео Галилей
Исаак Ньютон
Формулировка закона инерции
Когда тело движется по горизонтальной поверхности, не встречая никакого сопротивления движению, то его движение — равномерно, и продолжалось бы постоянно, если бы плоскость простиралась в пространстве без конца.
Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не принуждается приложенными силами изменить это состояние.
Инерция — это физическое явление, при котором тело сохраняет свою скорость постоянной или покоится, если на него не действуют другие тела.
Инерция – это физическое явление сохранения скорости тела постоянной, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано.
Варианты формулировки не противоречат друг другу и говорят по сути об одном и том же, просто разными словами — выбирайте ту, что вам нравится больше.
Сила: первый закон Ньютона
В повседневной жизни мы часто встречаем, как любое тело деформируется (меняет форму или размер), ускоряется или тормозит, падает. В общем, чего только с разными телами в реальной жизни не происходит. Причина любого действия или взаимодействия — сила.
Сила — это физическая векторная величина, которая воздействует на данное тело со стороны других тел. Она измеряется в Ньютонах (в честь Исаака Ньютона, разумеется).
Сила — величина векторная. Это значит, что, помимо модуля, у нее есть направление. От того, куда направлена сила, зависит результат.
Вот стоите вы на лонгборде: можете оттолкнуться вправо, а можете влево — в зависимости от того, в какую сторону оттолкнетесь, результат будет разный. В данном случае результат выражается в направлении движения.
Теперь зная, что такое сила, мы можем вернуться к ньютоновской формулировке закона инерции — он же, Его Величество, первый закон Ньютона:
Существуют такие системы отсчета, относительно которых тело сохраняет свою скорость постоянной, в том числе равной нулю, если действие на него других сил отсутствует или скомпенсировано.
Первый закон Ньютона
R — результирующая сила, сумма всех сил, действующих на тело [Н]
const — постоянная величина
В этом законе встречается такое словосочетание, как «система отсчета». Оно изучается в самом начале курса физики, но там это понятие читают в контексте «такие системы отсчета». Напрашивается вопрос: какие такие системы отсчета?
Системы отсчета: инерциальные и неинерциальные
Чтобы описать движение нам нужны три штуки:
В совокупности эти три опции образуют систему отсчета:
Инерциальная система отсчета — система отсчёта, в которой все тела движутся прямолинейно и равномерно, либо покоятся.
Неинерциальная система отсчета — система отсчёта, движущаяся с ускорением.
Рассмотрим разницу между этими системами отсчета на примере задачи.
Аэростат — летательный аппарат на картиночке ниже — движется равномерно и прямолинейно параллельно горизонтальной дороге, по которой равноускоренно движется автомобиль.
Выберите правильное утверждение:
Решение:
Система отсчёта, связанная с землёй, инерциальна. Да, планета движется и вращается, но для всех процессов вблизи планеты этим можно пренебречь. Во всех задачах систему отсчета, связанную с землей можно считать инерциальной.
Поскольку система отсчёта, связанная с землёй инерциальна, любая другая система, которая движется относительно земли равномерно и прямолинейно или покоится — по первому закону Ньютона тоже инерциальна.
Движение аэростата удовлетворяет этому условию, так как оно равномерное и прямолинейное, а равноускоренное движение автомобиля — нет. Аэростат — инерциальная система отсчёта, а автомобиль — неинерциальная.
Ответ: 1.
Инерция покоя
На столе лежит лист бумаги. На него поставили стакан и резко выдернули лист бумаги из-под него. Стакан почти не двинулся.
То, что стакан остался в состоянии покоя, можно объяснить законом инерции, так как «скорость остается постоянной, в том числе равной нулю». В данном случае инерция покоя — это способность тела сохранять состояние полного механического покоя и «сопротивляться» любым внешним воздействиям. То есть та часть закона инерции, в котором скорость равна нулю.
Так, например, если выбивать пыль из ковра, то в ковер-самолет ваш любимый предмет интерьера не превратится — вместе с пылью не улетит.
Инерция движения
В случае с движением мы берем ту часть первого закона Ньютона, в которой скорость постоянна, но не равна нулю. Здесь мы откроем способность тела к движению, которое было вызвано силой, прекратившей своё действие на тело.
Вернемся к самому началу:
Велосипедист наезжает на камень и падает с велосипеда. Благодаря инерции скорость велосипедиста сохраняется, несмотря на то, что сам велосипед не едет дальше.
Наездник слетает с лошади, если та остановилась. Это тоже происходит из-за инерции — скорость наездника остается постоянной, при этом сама лошадь останавливается.
Мир не идеален
К сожалению, а может быть и к счастью, мы не живем в мире, в котором все тела движутся прямолинейно и равномерно. Из-за этого инерция в реальной жизни невозможна, потому что всегда есть трение, сопротивление воздуха и прочие, препятствующие движению, факторы.
Пуля, вылетевшая из ружья, продолжала бы двигаться, сохраняя свою скорость, если бы на неё не действовало другое тело — воздух. Поэтому скорость пули уменьшается.
Велосипедист, перестав работать педалями, смог бы сохранить скорость своего движения, если бы на велосипед не действовало трение. Поэтому, если педали не крутить — скорость велосипедиста уменьшается, и он останавливается.