Els filòsofs antics van intentar entendre l'essència del moviment, revelar la influència de les estrelles i el Sol en una persona. A més, sempre s'ha intentat identificar les forces que actuen sobre un punt material en el procés del seu moviment, així com en un moment de repòs.
Aristòtil creia que en absència de moviment, el cos no es veu afectat per cap força. Intentem esbrinar quins marcs de referència s'anomenen inercials, donarem exemples d'ells.
Estat de repòs
A la vida quotidiana és difícil detectar aquesta condició. En gairebé tots els tipus de moviment mecànic, s'assumeix la presència de forces alienes. El motiu és la força de fricció, que no permet que molts objectes abandonin la seva posició original, per sortir de l'estat de repòs.
Tenint en compte exemples de sistemes de referència inercial, observem que tots corresponen a la 1a llei de Newton. Només després del seu descobriment va ser possible explicar l'estat de repòs, indicar les forces que actuen en aquest estat sobre el cos.
Formulació de la 1a llei de Newton
En la interpretació moderna, explica l'existència de sistemes de coordenades, en relació amb els quals es pot considerar l'absència de forces externes que actuen sobre un punt material. Des del punt de vista de Newton, els sistemes de referència s'anomenen inercials, que ens permeten considerar la conservació de la velocitat del cos durant molt de temps.
Definicions
Quins marcs de referència són inercials? Exemples d'ells s'estudien al curs de física de l'escola. Es consideren sistemes de referència inercial aquells respecte als quals el punt material es mou a una velocitat constant. Newton va aclarir que qualsevol cos pot estar en un estat similar sempre que no calgui aplicar-hi forces que puguin canviar aquest estat.
En realitat, la llei de la inèrcia no es compleix en tots els casos. Analitzant exemples de marcs de referència inercials i no inercials, considereu una persona subjecta als passamans d'un vehicle en moviment. Quan un cotxe frena bruscament, una persona es mou automàticament respecte al vehicle, malgrat l'absència d'una força externa.
Resulta que no tots els exemples d'un marc de referència inercial corresponen a la formulació de la llei de 1 Newton. Per aclarir la llei de la inèrcia, es va introduir una definició refinada de sistemes de referència en la qual es compleix impecablement.
Tipus de sistemes de referència
Quins sistemes de referència s'anomenen inercials? Aviat quedarà clar. "Dóna exemples de sistemes de referència inercial en els quals es compleix la llei de Newton" -una tasca similar s'ofereix als escolars que han escollit la física com a examen a novè de primària. Per fer front a la tasca, cal tenir una idea dels marcs de referència inercials i no inercials.
La inèrcia implica la preservació del repòs o el moviment rectilini uniforme del cos sempre que el cos estigui aïllat. Els cossos "aïllats" són els que no estan connectats, no interactuen, s'eliminen els uns dels altres.
Considerem alguns exemples d'un marc de referència inercial. Suposant una estrella de la galàxia com a marc de referència, en lloc d'un autobús en moviment, la implementació de la llei de la inèrcia per als passatgers que s'enganxen als rails serà impecable.
Durant la frenada, aquest vehicle continuarà movent-se uniformement en línia recta fins que es vegi afectat per altres cossos.
Quins exemples de marc de referència inercial pots donar? No haurien de tenir connexió amb el cos analitzat, afectar-ne la inèrcia.
És per a aquests sistemes on es compleix la primera llei de Newton. A la vida real, és difícil considerar el moviment d'un cos en relació amb els marcs de referència inercials. És impossible arribar a una estrella llunyana per fer-ne experiments terrestres.
La Terra s'accepta com a sistemes de referència condicionals, malgrat que està associat amb objectes col·locats sobre ella.
És possible calcular l'acceleració en el marc de referència inercial si tenim en compte la superfície de la Terra com a marc de referència. En física, no hi ha cap registre matemàtic de la 1a llei de Newton, però és ell qui és la base dederivació de moltes definicions físiques i termes.
Exemples de marcs de referència inercial
A vegades els alumnes de l'escola tenen dificultats per entendre els fenòmens físics. Els alumnes de novè se'ls proposa la tasca del contingut següent: “Quins marcs de referència s'anomenen inercials? Posa exemples d'aquests sistemes. Suposem que el carro amb la pilota es mou inicialment sobre una superfície plana amb una velocitat constant. Aleshores es mou per la sorra, com a resultat, la pilota es posa en moviment accelerat, malgrat que no hi actuen cap altra força (el seu efecte total és zero).
L'essència del que està passant es pot explicar pel fet que mentre es mou sobre una superfície sorrenca, el sistema deixa de ser inercial, té una velocitat constant. Exemples de marcs de referència inercials i no inercials indiquen que la seva transició es produeix en un període de temps determinat.
Quan el cos accelera, la seva acceleració té un valor positiu, i en frenar, aquesta xifra esdevé negativa.
Moviment curvilini
En relació amb les estrelles i el Sol, el moviment de la Terra es realitza al llarg d'una trajectòria curvilínia, que té forma d'el·lipse. Aquest marc de referència, en què el centre està alineat amb el Sol i els eixos es dirigeixen a determinades estrelles, es considerarà inercial.
Tingueu en compte que qualsevol marc de referència que es mourà en línia recta i uniformement en relació a l'heliocèntricel sistema és inercial. El moviment curvilini es realitza amb certa acceleració.
Donat el fet que la Terra es mou al voltant del seu eix, el marc de referència, que està associat a la seva superfície, en relació amb l'heliocèntric es mou amb certa acceleració. En aquesta situació, podem concloure que el marc de referència, que està connectat amb la superfície de la Terra, es mou amb acceleració respecte a l'heliocèntric, per la qual cosa no es pot considerar inercial. Però el valor de l'acceleració d'un sistema d'aquest tipus és tan petit que en molts casos afecta significativament les particularitats dels fenòmens mecànics considerats en relació amb ell.
Per resoldre problemes pràctics de caràcter tècnic, s'acostuma a considerar com a inercial el marc de referència que està rígidament connectat amb la superfície terrestre.
Relativitat gal·leana
Tots els marcs de referència inercials tenen una propietat important, que es descriu pel principi de relativitat. La seva essència rau en el fet que qualsevol fenomen mecànic en les mateixes condicions inicials es realitza de la mateixa manera, independentment del marc de referència escollit.
La igu altat de la ISO segons el principi de relativitat s'expressa a les disposicions següents:
- En aquests sistemes, les lleis de la mecànica són les mateixes, de manera que qualsevol equació que es descrigui, expressada en termes de coordenades i temps, roman sense canvis.
- Els resultats dels experiments mecànics en curs permeten establir si el marc de referència estarà en repòs o si fa quemoviment rectilini uniforme. Qualsevol sistema es pot reconèixer condicionalment com a estacionari si l' altre al mateix temps es mou en relació amb ell a una velocitat determinada.
- Les equacions de la mecànica es mantenen sense canvis respecte a les transformacions de coordenades en el cas de la transició d'un sistema a un altre. Podeu descriure el mateix fenomen en diferents sistemes, però la seva naturalesa física no canviarà.
Resolució de problemes
Primer exemple.
Determineu si el marc de referència inercial és: a) un satèl·lit artificial de la Terra; b) atracció infantil.
Resposta. En el primer cas, no es tracta d'un sistema de referència inercial, ja que el satèl·lit es mou en òrbita sota la influència de la força de la gravetat, per tant, el moviment es produeix amb certa acceleració.
L'atracció tampoc no es pot considerar un sistema inercial, ja que el seu moviment de rotació es produeix amb certa acceleració.
Segon exemple.
El sistema de notificació està fermament connectat amb l'ascensor. En quines situacions es pot anomenar inercial? Si l'ascensor: a) cau; b) es mou uniformement cap amunt; c) puja ràpidament d) dirigida uniformement cap avall.
Resposta. a) En caiguda lliure, apareix l'acceleració, de manera que el marc de referència associat a l'ascensor no serà inercial.
b) Amb el moviment uniforme de l'ascensor, el sistema és inercial.
c) Quan es mou amb certa acceleració, el marc de referència es considera inercial.
d) L'ascensor es mou lentament, té una acceleració negativa, de manera que no podeucrida al marc de referència inercial.
Conclusió
Al llarg de tota la seva existència, la humanitat ha estat tractant d'entendre els fenòmens que ocorren a la natura. Galileo Galilei va intentar explicar la relativitat del moviment. Isaac Newton va aconseguir derivar la llei de la inèrcia, que es va començar a utilitzar com a postulat principal en els càlculs en mecànica.
En l'actualitat, el sistema de detecció de la posició corporal inclou el cos, el dispositiu per a la determinació de l'hora, així com el sistema de coordenades. Depenent de si el cos està en moviment o estacionari, és possible caracteritzar la posició d'un determinat objecte en el període de temps desitjat.
