Eylemsiz referans sistemleri. Eylemsiz referans çerçeveleri: Newton'un birinci yasası

Newton'un birinci yasası, cisimlerin eylemsizliği gibi bir olgunun varlığını varsayar. Bu nedenle Atalet Yasası olarak da bilinir. Atalet - Bu, cismin üzerine hiçbir kuvvet etki etmediğinde, cismin hareket hızını (hem büyüklük hem de yön olarak) koruması olgusudur. Hareket hızını değiştirmek için vücuda belirli bir kuvvet uygulanması gerekir. Doğal olarak, eşit büyüklükteki kuvvetlerin farklı cisimler üzerindeki etkisinin sonucu farklı olacaktır. Bu nedenle cisimlerin eylemsizliği olduğu söylenir. Atalet, cisimlerin mevcut durumlarındaki değişikliklere direnme özelliğidir. Atalet miktarı vücut ağırlığı ile karakterize edilir.

Atalet referans çerçevesi

Newton'un birinci yasası (değişen doğruluk dereceleriyle deneysel olarak doğrulanabilen) eylemsiz sistemlerin gerçekten var olduğunu belirtir. Bu mekaniğin kanunu, eylemsiz referans sistemlerini özel, ayrıcalıklı bir konuma yerleştirir.

Newton'un birinci yasasının karşılandığı referans sistemlerine eylemsizlik denir.

Atalet sistemleri geri sayım- Bunlar, maddi bir noktanın, kendisi üzerinde dış etkiler veya bunların karşılıklı telafisi olmadığında hareketsiz olduğu veya düzgün ve doğrusal olarak hareket ettiği sistemlerdir.

Sonsuz sayıda eylemsiz sistem vardır. Rayın düz bir bölümü boyunca sabit bir hızla hareket eden bir trene ilişkin referans sistemi de, Dünya ile ilişkili sistem gibi (yaklaşık olarak) bir eylemsizlik sistemidir. Tüm eylemsiz referans çerçeveleri, birbirlerine göre düzgün ve doğrusal olarak hareket eden bir sistemler sınıfı oluşturur. Herhangi bir cismin farklı eylemsizlik sistemlerindeki ivmeleri aynıdır.

Belirli bir referans sisteminin eylemsiz olduğu nasıl belirlenir? Bu ancak deneyim yoluyla yapılabilir. Gözlemler şunu gösteriyor ki çok yüksek derece Doğruluk, koordinatların kökeninin Güneş ile ilişkili olduğu ve eksenlerin belirli "sabit" yıldızlara yönlendirildiği, güneş merkezli bir sistem olarak eylemsiz bir referans sistemi olarak düşünülebilir. Dünya'nın yüzeyine sıkı bir şekilde bağlı olan referans sistemleri, Dünya Güneş'in etrafında bir yörüngede hareket ettiği ve aynı zamanda kendi ekseni etrafında döndüğü için, kesin olarak söylemek gerekirse, eylemsiz değildir. Bununla birlikte, küresel (yani dünya çapında) bir ölçeğe sahip olmayan hareketleri tanımlarken, Dünya ile ilişkili referans sistemleri yeterli doğrulukla atalet olarak kabul edilebilir.

Bazı eylemsiz referans sistemlerine göre düzgün ve doğrusal olarak hareket eden referans sistemleri de eylemsizdir.

Galileo, eylemsiz bir referans sistemi içinde yürütülen hiçbir mekanik deneyin, bu sistemin hareketsiz mi olduğunu yoksa düzgün ve doğrusal olarak mı hareket ettiğini belirleyemeyeceğini tespit etti. Bu ifadeye Galileo'nun görelilik ilkesi veya mekanik prensip görelilik.

Bu prensip daha sonra A. Einstein tarafından geliştirildi ve özel görelilik teorisinin varsayımlarından biridir. Eylemsiz referans çerçeveleri fizikte özel bir rol oynar önemli rolÇünkü Einstein'ın görelilik ilkesine göre herhangi bir fizik yasasının matematiksel ifadesi aynı görünüm her eylemsiz referans çerçevesinde. Bundan sonra sadece atalet sistemlerini kullanacağız (bunu her zaman belirtmeden).

Newton'un birinci yasasının karşılanmadığı referans sistemlerine eylemsiz olmayan referans sistemleri denir.

Bu tür sistemler, eylemsiz bir referans sistemine göre ivmeyle hareket eden herhangi bir referans sistemini içerir.

Newton mekaniğinde cisimlerin etkileşim yasaları bir eylemsiz referans sistemi sınıfı için formüle edilir.

Dünya ile ilişkili bir sistemin eylemsizliksizliğinin ortaya çıktığı mekanik bir deneyin bir örneği, Foucault sarkacının davranışıdır. Bu, oldukça uzun bir ip üzerinde asılı duran ve denge konumu etrafında küçük salınımlar gerçekleştiren devasa bir topun adıdır. Dünya ile ilişkili sistem eylemsiz olsaydı, Foucault sarkacının salınım düzlemi Dünya'ya göre değişmeden kalırdı. Aslında sarkacın salınım düzlemi, Dünya'nın dönmesi nedeniyle döner ve sarkacın yörüngesinin Dünya yüzeyine izdüşümü bir rozet şeklindedir (Şekil 1).

Vücudun sadece herhangi bir hareketi değil aynı zamanda doğrusal hareketi de sürdürme eğiliminde olduğu gerçeği, örneğin aşağıdaki deneyimle kanıtlanmaktadır (Şekil 2). Düz bir yatay yüzey boyunca doğrusal olarak hareket eden, kavisli bir şekle sahip bir engelle çarpışan bir top, bu engelin etkisi altında bir yay çizerek hareket etmeye zorlanır. Ancak top engelin kenarına ulaştığında eğrisel hareket etmeyi bırakır ve tekrar düz bir çizgide hareket etmeye başlar. Yukarıda bahsedilen (ve benzer) gözlemlerin sonuçlarını özetleyerek, eğer belirli bir cisim diğer cisimler tarafından etkilenmiyorsa veya onların eylemleri karşılıklı olarak telafi ediliyorsa, bu cismin hareketsiz olduğu veya hareketinin hızının göreceli olarak değişmeden kaldığı sonucuna varabiliriz. Dünya yüzeyine sabit bir şekilde bağlı olan referans çerçevesine.

Soru #6:

Eylemsiz bir referans sistemine göre öteleme, düzgün ve doğrusal olarak hareket eden herhangi bir referans sistemi aynı zamanda bir eylemsiz referans sistemidir. Bu nedenle teorik olarak herhangi bir sayıda eylemsiz referans çerçevesi mevcut olabilir.

Gerçekte, referans sistemi her zaman çeşitli nesnelerin hareketinin incelendiği belirli bir cisimle ilişkilendirilir. Tüm gerçek cisimler şu veya bu ivmeyle hareket ettiğinden, herhangi bir gerçek referans sistemi yalnızca belirli bir yaklaşım derecesine sahip bir eylemsiz referans sistemi olarak düşünülebilir. Yüksek derecede doğrulukla, kütle merkeziyle ilişkili güneş merkezli sistem atalet olarak kabul edilebilir güneş sistemi ve eksenleri üç uzak yıldıza doğru yönlendirilmiş. Böyle bir eylemsiz referans sistemi esas olarak gök mekaniği ve astronotik problemlerinde kullanılır. Çoğu teknik sorunu çözmek için, Dünya'ya sıkı bir şekilde bağlı bir referans sistemi eylemsiz olarak düşünülebilir.

Galileo'nun görelilik ilkesi

Ataletsel referans sistemleri önemli özellik, açıklayan Galileo'nun görelilik ilkesi:

• Aynı başlangıç ​​koşulları altındaki herhangi bir mekanik olay, herhangi bir eylemsiz referans çerçevesinde aynı şekilde ilerler.

Görelilik ilkesine göre oluşturulan eylemsiz referans sistemlerinin eşitliği aşağıdaki şekilde ifade edilir:

1. Eylemsiz referans çerçevelerindeki mekaniğin yasaları aynıdır. Bu, herhangi bir başka eylemsiz referans sisteminin koordinatları ve zamanı aracılığıyla ifade edilen, belirli bir mekanik yasasını tanımlayan denklemin aynı forma sahip olacağı anlamına gelir;
2. Mekanik deneylerin sonuçlarına dayanarak, belirli bir referans çerçevesinin hareketsiz mi olduğunu yoksa düzgün ve doğrusal olarak mı hareket ettiğini belirlemek imkansızdır. Bu nedenle hiçbiri, hareket hızına mutlak bir anlam verilebilecek baskın bir sistem olarak seçilemez. Yalnızca sistemlerin göreceli hareket hızı kavramının fiziksel bir anlamı vardır, bu nedenle herhangi bir sistemin koşullu olarak hareketsiz olduğu ve diğerinin ona göre belirli bir hızla hareket ettiği düşünülebilir;
3. mekaniğin denklemleri, bir eylemsiz referans sisteminden diğerine geçerken koordinat dönüşümlerine göre değişmez; aynı olgu iki şekilde açıklanabilir farklı sistemler referanslar dışarıdan farklıdır, ancak olgunun fiziksel doğası değişmeden kalır.

Problem çözme örnekleri

ÖRNEK 1

ÖRNEK 2

Sorular.

1. Diğer cisimler ona etki etmezse bir cisim nasıl hareket eder?

Vücut düzgün ve doğrusal olarak hareket eder veya hareketsizdir.

2. Vücut düz bir çizgide ve düzgün bir şekilde hareket eder. Bu hızını değiştirir mi?

Bir cisim düzgün ve doğrusal olarak hareket ederse hızı değişmez.

3. 17. yüzyılın başlarından önce cisimlerin hareketsizlik ve hareket durumları hakkında hangi görüşler mevcuttu?

17. yüzyılın başlarına kadar Aristoteles'in teorisi geçerliydi; buna göre, eğer üzerinde herhangi bir dış etki yoksa, o zaman hareketsiz olabilir ve sabit bir hızda hareket edebilmesi için başka bir cismin sürekli olarak hareket etmesi gerekir. BT.

4. Galileo'nun cisimlerin hareketine ilişkin bakış açısı Aristoteles'in bakış açısından nasıl farklılık göstermektedir?

Galileo'nun cisimlerin hareketine bakış açısı, cisimlerin dış kuvvetlerin yokluğunda da hareket edebileceği yönündeki Aristoteles'in bakış açısından farklıdır.

5. Şekil 19'da gösterilen deney nasıl gerçekleştirildi ve bundan ne gibi sonuçlar çıkarıldı?

Deneyin ilerleyişi. Bir arabanın üzerinde yere göre düzgün ve düz bir çizgide hareket eden iki top vardır. Bir top arabanın alt kısmında durur ve ikincisi bir iplik üzerinde asılı kalır. Toplara etki eden kuvvetler dengeli olduğundan toplar arabaya göre hareketsizdir. Fren yaparken her iki top da hareket etmeye başlar. Onlara hiçbir kuvvet etki etmese de, arabaya göre hızlarını değiştirirler. Sonuç: Sonuç olarak, fren arabasına ilişkin referans sisteminde atalet kanunu sağlanmamaktadır.

6. Newton'un birinci yasası nasıl okunur? (modern formülasyonda)?

Modern formülasyonda Newton'un ilk yasası: Başka cisimler (kuvvetler) tarafından etki altına alınmadıkça veya bu cisimlerin hareketi (kuvvetler) telafi edilirse (sıfıra eşit) cisimlerin hızlarını değişmeden koruduğu referans sistemleri vardır.

7. Hangi referans sistemlerine eylemsiz, hangilerine eylemsiz denir?

Atalet yasasının yerine getirildiği referans sistemlerine atalet denir ve yerine getirilmediği - ataletsiz.

Evet yapabilirsin. Bu, eylemsiz referans sistemlerinin tanımından kaynaklanmaktadır.

9. Bir referans çerçevesi herhangi bir eylemsiz çerçeveye göre ivme ataletiyle hareket ediyor mu?

Hayır, eylemsiz değil.

Egzersizler.

1. Düzgün ve doğrusal olarak hareket eden bir trende, bir masa üzerinde hafifçe hareket eden bir oyuncak araba bulunmaktadır. Tren fren yaptığında araba herhangi bir dış etki olmaksızın yere göre hızını koruyarak ileri doğru yuvarlandı.
Atalet yasası şu durumlarda karşılanıyor mu: a) dünyayla ilişkili referans çerçevesinde; b) doğrusal ve düzgün hareketi sırasında trenle ilişkili referans çerçevesinde mi? Frenleme sırasında mı?
Açıklanan durumda, dünyayla ilişkili referans çerçevesi eylemsiz olarak kabul edilebilir mi? trenle mi?

a) Evet, eylemsizlik yasası her durumda sağlanır çünkü makine Dünya'ya göre hareket etmeye devam etti; b) Üniforma durumunda ve doğrusal hareket Bir treni sürerken atalet yasası yerine getirilir (araba sabittir), ancak fren yaparken bu gerçekleşmez. Her durumda, dünya eylemsiz bir referans çerçevesidir ve tren yalnızca düzgün ve doğrusal hareket halindedir.

Herhangi bir cisim, kendisini çevreleyen diğer cisimlerden etkilenebilir ve bunun sonucunda gözlenen cismin hareket durumu (dinlenme) değişebilir. Aynı zamanda bu tür etkiler telafi edilebilir (dengelenebilir) ve bu tür değişikliklere neden olmaz. İki veya daha fazla bedenin eylemlerinin birbirini telafi ettiğini söylediklerinde, bu onların ortak eyleminin sonucunun, sanki bu organlar hiç yokmuş gibi aynı olduğu anlamına gelir. Diğer cisimlerin vücut üzerindeki etkisi telafi edilirse, o zaman vücut Dünya'ya göre ya hareketsizdir ya da doğrusal ve düzgün bir şekilde hareket eder.

Böylece mekaniğin temel yasalarından biri olan Newton'un birinci yasasına geliyoruz.

Newton'un 1. yasası (eylemsizlik yasası)

Öteleme yoluyla hareket eden bir cismin, diğer cisimlerden gelen etkiler onu bu durumdan çıkarana kadar dinlenme durumunda veya düzgün doğrusal hareket (atalet yoluyla hareket) halinde olduğu referans sistemleri vardır.

Yukarıdakilerle bağlantılı olarak, bir cismin hızındaki bir değişiklik (yani hızlanma) her zaman diğer bazı cisimlerin bu cisim üzerindeki etkisinden kaynaklanır.

Newton'un 1. yasası yalnızca eylemsiz referans çerçevelerinde karşılanır.

Tanım

Diğer cisimlerin etkisini yaşamayan bir cismin hareketsiz olduğu veya düzgün ve doğrusal olarak hareket ettiği referans çerçevelerine eylemsizlik denir.

Belirli bir referans sisteminin eylemsiz olup olmadığını yalnızca deneysel olarak belirlemek mümkündür. Çoğu durumda, Dünya ile ilişkili veya dünya yüzeyine göre düzgün ve doğrusal olarak hareket eden referans cisimleriyle ilişkili referans sistemleri atalet olarak kabul edilebilir.

Şekil 1. Eylemsiz referans çerçeveleri

Artık Güneş'in merkezi ve üç "sabit" yıldızla ilişkili güneş merkezli referans sisteminin pratik olarak eylemsiz olduğu deneysel olarak doğrulandı.

Eylemsiz olana göre düzgün ve doğrusal olarak hareket eden diğer herhangi bir referans sisteminin kendisi de eylemsizdir.

Galileo, eylemsiz bir referans sistemi içinde yürütülen hiçbir mekanik deneyin, bu sistemin hareketsiz mi olduğunu yoksa düzgün ve doğrusal olarak mı hareket ettiğini belirleyemeyeceğini tespit etti. Bu ifadeye Galileo'nun görelilik ilkesi veya göreliliğin mekanik ilkesi denir.

Bu prensip daha sonra A. Einstein tarafından geliştirildi ve özel görelilik teorisinin varsayımlarından biridir. ISO'lar fizikte son derece önemli bir rol oynamaktadır, çünkü Einstein'ın görelilik ilkesine göre herhangi bir fizik yasasının matematiksel ifadesi her ISO'da aynı forma sahiptir.

Referans cismi ivmeyle hareket ediyorsa, onunla ilişkili referans çerçevesi eylemsizdir ve Newton'un 1. yasası burada geçerli değildir.

Cisimlerin zaman içinde durumlarını koruma özelliğine (hareket hızı, hareket yönü, dinlenme durumu vb.) atalet denir. Dış etkenlerin yokluğunda hareket eden bir cismin hızı koruma olgusuna atalet denir.

Şekil 2. Otobüste hareket etmeye başlarken ve fren yaparken ataletin belirtileri

Günlük yaşamda bedenlerin eylemsizliğinin tezahürleriyle sıklıkla karşılaşırız. Otobüs ani hızlandığında yolcular geriye yaslanır (Şekil 2, a), otobüs aniden fren yaptığında öne doğru eğilirler (Şekil 2, b), otobüs sağa döndüğünde ise yana doğru eğilirler (Şekil 2, b). sol duvarı. Bir uçak yüksek ivmeyle havalandığında, pilotun vücudu orijinal dinlenme durumunu korumaya çalışırken koltuğa baskı yapar.

Sistem gövdelerinin ivmesinde keskin bir değişiklik olduğunda, atalet referans sistemi eylemsiz olmayan bir sistemle değiştirildiğinde ve bunun tersi olduğunda, cisimlerin ataleti açıkça ortaya çıkar.

Bir cismin eylemsizliği genellikle kütlesi (eylemsizlik kütlesi) ile karakterize edilir.

Eylemsiz olmayan bir referans çerçevesinden cisme etki eden kuvvete eylemsizlik kuvveti denir.

Eylemsiz olmayan bir referans çerçevesindeki bir cisme aynı anda birkaç kuvvet etki ediyorsa, bunlardan bazıları "sıradan" kuvvetler ve diğerleri eylemsizdir, o zaman cisim, etki eden tüm kuvvetlerin vektör toplamı olan bir bileşke kuvvete maruz kalacaktır. üzerinde. Ortaya çıkan bu kuvvet eylemsizlik kuvveti değildir. Atalet kuvveti bileşke kuvvetin yalnızca bir bileşenidir.

Eğer bir çubuk iki tarafa asılırsa ince iplikler, ortasına bağlı olan kabloyu yavaşça çekin ve ardından:

1. sopa kırılacak;
2. kordon kopuyor;
3. ipliklerden biri kopuyor;
4. Uygulanan kuvvete bağlı olarak herhangi bir seçenek mümkündür

Şekil 4

Kuvvet, ipin asılı olduğu çubuğun ortasına uygulanır. Newton'un 1. kanununa göre her cisim eylemsizliğe sahip olduğundan, ipin asılı olduğu noktadaki çubuğun bir kısmı uygulanan kuvvetin etkisi altında hareket edecek, çubuğun kuvvetten etkilenmeyen diğer kısımları ise hareketsiz kalacaktır. dinlenme halinde. Bu nedenle çubuk askı noktasında kırılacaktır.

Cevap. Doğru cevap 1.

Bir adam birbirine bağlı iki kızağı yatayla 300 derecelik bir açıyla bir kuvvet uygulayarak çekiyor. Kızağın düzgün hareket ettiğini biliyorsanız bu kuvveti bulun. Kızağın ağırlığı 40 kg'dır. Sürtünme katsayısı 0,3.

$t_1$ = $t_2$ = $m$ = 40 kg

$(\mathbf \mu )$ = 0,3

$(\mathbf \alpha )$=$30^(\circ)$

$g$ = 9,8 m/s2

Şekil 5

Newton'un birinci yasasına göre kızak sabit bir hızla hareket ettiğinden kızağa etki eden kuvvetlerin toplamı sıfırdır. Her cisim için Newton'un birinci yasasını eksen üzerindeki projeksiyonda hemen yazalım ve kızak için Coulomb'un kuru sürtünme yasasını ekleyelim:

OX ekseni OY ekseni

\[\left\( \begin(array)(c) T-F_(tr1)=0 \\ F_(tr1)=\mu N_1 \\ F_(tr2)=\mu N_2 \\ F(cos \alpha - \ )F_(tr2)-T=0 \end(array) \right.left\( \begin(array)(c) N_1-mg=0 \\ N_2+F(sin \alpha \ )-mg=0 \end(array) \right.\]

$F=\frac(2\mu mg)((cos \alpha \ )+\mu (sin \alpha \ ))=\ \frac(2\cdot 0.3\cdot 40\cdot 9.8)((cos 30()) ^\circ \ )+0,3\cdot (sin 30()^\circ \ ))=231,5\ H$

“Ataletsel referans sistemleri” konusuna adanmış bir video dersini dikkatinize sunuyoruz. Newton'un birinci yasası", 9. sınıf okul fizik dersinde yer almaktadır. Dersin başında öğretmen size seçilen referans çerçevesinin önemini hatırlatacaktır. Daha sonra seçilen referans sisteminin doğruluğundan ve özelliklerinden bahsedecek, ayrıca “atalet” kavramını da açıklayacaktır.

Önceki dersimizde bir referans çerçevesi seçmenin öneminden bahsetmiştik. Yörüngenin, kat edilen mesafenin ve hızın CO'yu nasıl seçtiğimize bağlı olacağını size hatırlatalım. Referans sisteminin seçimiyle ilgili bir dizi başka özellik daha var ve bunlar hakkında konuşacağız.

Pirinç. 1. Düşen yükün yörüngesinin referans sistem seçimine bağlılığı

Yedinci sınıfta “eylemsizlik” ve “eylemsizlik” kavramlarını işlediniz.

Atalet - Bu fenomen Vücudun orijinal durumunu koruma eğiliminde olduğu. Eğer vücut hareket ediyorsa bu hareketin hızını korumaya çalışmalıdır. Ve eğer hareketsizse, dinlenme durumunu korumaya çalışacaktır.

Atalet - Bu mülk cisimler hareket durumunu korur. Ataletin özelliği kütle gibi bir miktarla karakterize edilir. Ağırlık – vücut eylemsizliğinin ölçüsü. Vücut ne kadar ağır olursa, onu hareket ettirmek veya tam tersine durdurmak o kadar zor olur.

Lütfen bu kavramların doğrudan " kavramıyla ilgili olduğunu unutmayın. eylemsiz referans çerçevesi"(ISO), aşağıda tartışılacaktır.

Bir cismin hareketini (ya da dinlenme durumunu), cismin başka cisimler tarafından etki altına alınmadığı durumda ele alalım. Diğer cisimlerin hareketi olmadığında bir cismin nasıl davranacağına ilişkin sonuç ilk olarak Rene Descartes tarafından önerildi (Şekil 2) ve Galileo'nun deneylerinde devam etti (Şekil 3).

Pirinç. 2. Rene Descartes

Pirinç. 3. Galileo Galilei

Eğer bir cisim hareket ediyorsa ve diğer cisimler ona etki etmiyorsa, o zaman hareket devam edecek, doğrusal ve tek biçimli kalacaktır. Eğer diğer cisimler vücuda etki etmiyorsa ve vücut hareketsizse, dinlenme durumu korunacaktır. Ancak dinlenme durumunun bir referans sistemiyle ilişkili olduğu bilinmektedir: Bir referans çerçevesinde vücut hareketsizdir, diğerinde ise oldukça başarılı ve hızlı bir şekilde hareket etmektedir. Deneylerin ve akıl yürütmenin sonuçları, tüm referans sistemlerinde vücudun doğrusal ve düzgün bir şekilde hareket etmeyeceği veya diğer cisimlerin onun üzerinde etkisi olmadığında hareketsiz kalacağı sonucuna varmaktadır.

Sonuç olarak mekaniğin temel sorununu çözmek için eylemsizlik yasasının hala sağlandığı, cismin hareketindeki değişikliğe neden olan nedenin açık olduğu bir raporlama sisteminin seçilmesi önemlidir. Eğer cisim, diğer cisimlerin hareketinin yokluğunda doğrusal ve düzgün bir şekilde hareket ediyorsa, böyle bir referans çerçevesi bizim için tercih edilecektir. eylemsiz referans sistemi(ISO).

Aristoteles'in hareketin nedeni hakkındaki görüşü

Eylemsiz referans çerçevesi, bir cismin hareketini ve bu harekete neden olan nedenleri açıklamak için uygun bir modeldir. Bu kavram ilk olarak Isaac Newton sayesinde ortaya çıktı (Şekil 5).

Pirinç. 5. Isaac Newton (1643-1727)

Eski Yunanlılar hareketi tamamen farklı bir şekilde hayal ettiler. Aristoteles'in harekete bakış açısını tanıyacağız (Şekil 6).

Pirinç. 6. Aristoteles

Aristoteles'e göre yalnızca tek bir eylemsiz referans çerçevesi vardır; Dünya ile ilişkili referans çerçevesi. Aristoteles'e göre diğer tüm referans sistemleri ikincildir. Buna göre tüm hareketler iki türe ayrılabilir: 1) doğal, yani Dünya tarafından iletilenler; 2) zorla, yani diğer herkes.

Doğal hareketin en basit örneği, bir cismin Dünya'ya serbest düşüşüdür, çünkü bu durumda Dünya vücuda hız verir.

Zorunlu hareketin bir örneğine bakalım. Bu bir atın arabayı çekme durumudur. At kuvvet uygularken araba da hareket etmektedir (Şek. 7). At durunca araba da durdu. Güç yok, hız yok. Aristoteles'e göre bir cisimde hızın varlığını açıklayan şey kuvvettir.

Pirinç. 7. Zorunlu hareket

Şimdiye kadar bazı sıradan insanlar Aristoteles'in bakış açısının adil olduğunu düşünüyor. Örneğin, "Dünya Savaşı Sırasında İyi Asker Schweik'in Maceraları"ndan Albay Friedrich Kraus von Zillergut, "Güç yoksa hız da yoktur" ilkesini göstermeye çalıştı: "Benzin bittiğinde" dedi albay, " otomobil durmak zorunda kaldı. Bunu dün bizzat gördüm. Ondan sonra hala ataletten bahsediyorlar beyler. Gitmiyor, orada duruyor, hareket etmiyor. Benzin yok! Komik değil mi?”

Hayranların olduğu modern şov dünyasında olduğu gibi, her zaman eleştirmenler de olacaktır. Aristoteles'in de eleştirmenleri vardı. Ona şu deneyi yapmasını önerdiler: Cesedi serbest bırakırsanız, tam olarak onu bıraktığımız yerin altına düşecektir. Çağdaşlarının örneklerine benzer şekilde Aristoteles'in teorisine yönelik eleştirilere bir örnek verelim. Uçan bir uçağın bomba attığını düşünün (Şekil 8). Bomba tam olarak bıraktığımız yerin altına mı düşecek?

Pirinç. 8. Örnek olarak illüstrasyon

Tabii ki değil. Ancak bu doğal bir harekettir; Dünya tarafından iletilen bir hareket. Peki bu bombanın ilerlemesini sağlayan şey nedir? Aristoteles şu şekilde cevap verdi: Gerçek şu ki, Dünya'nın ilettiği doğal hareket doğrudan aşağı doğru düşüyor. Ancak havada hareket ederken bomba türbülansı tarafından sürükleniyor ve bu türbülanslar bombayı ileri doğru itiyor gibi görünüyor.

Hava çıkarılıp bir vakum yaratılırsa ne olur? Sonuçta, eğer hava yoksa Aristoteles'e göre bombanın tam olarak atıldığı yerin altına düşmesi gerekir. Aristoteles hava yoksa böyle bir durumun mümkün olduğunu savundu ama aslında doğada boşluk yok, boşluk yok. Ve eğer boşluk yoksa sorun da yoktur.

Ve yalnızca Galileo Galilei, atalet ilkesini alıştığımız biçimde formüle etti. Hızdaki değişimin nedeni diğer cisimlerin vücut üzerindeki etkisidir. Eğer diğer cisimler cisme etki etmezse veya bu etki telafi edilirse cismin hızı değişmeyecektir.

Eylemsiz referans çerçevesiyle ilgili olarak aşağıdaki değerlendirmeler yapılabilir. Bir arabanın hareket ettiği, ardından sürücünün motoru kapattığı ve ardından arabanın ataletle hareket ettiği bir durumu hayal edin (Şekil 9). Ancak bu, sürtünmenin bir sonucu olarak zamanla arabanın duracağı gibi basit bir nedenden dolayı yanlış bir ifadedir. Dolayısıyla bu durumda tek biçimli hareket olmayacaktır; koşullardan biri eksiktir.

Pirinç. 9. Sürtünme sonucu arabanın hızı değişir

Başka bir durumu ele alalım: Büyük, büyük bir traktör sabit bir hızla hareket ederken, önde büyük bir yükü kepçeyle sürüklüyor. Bu tür bir hareket doğrusal ve tekdüze olarak kabul edilebilir, çünkü bu durumda vücuda etki eden tüm kuvvetler dengelenir ve birbirini dengeler (Şekil 10). Bu, bu cisimle ilişkili referans çerçevesinin eylemsiz olarak kabul edilebileceği anlamına gelir.

Pirinç. 10. Traktör dengeli ve düz bir çizgide hareket eder. Tüm organların eylemi telafi edilir

Çok sayıda eylemsiz referans sistemi olabilir. Gerçekte böyle bir referans sistemi hala idealleştirilmiştir, çünkü daha yakından incelendiğinde tam anlamıyla böyle bir referans sistemi yoktur. ISO, gerçek fiziksel süreçleri etkili bir şekilde simüle etmenize olanak tanıyan bir tür idealleştirmedir.

Ataletsel referans sistemleri için Galileo'nun hızları toplama formülü geçerlidir. Ayrıca, daha önce bahsettiğimiz tüm referans sistemlerinin bazı yaklaşımlara göre eylemsiz olarak kabul edilebileceğini de not ediyoruz.

ISO'ya adanan yasa ilk olarak Isaac Newton tarafından formüle edildi. Newton'un değeri, hareket eden bir cismin hızının anında değişmediğini, zaman içindeki bazı hareketlerin sonucu olarak değiştiğini bilimsel olarak gösteren ilk kişi olmasında yatmaktadır. Bu gerçek, Newton'un birinci yasası dediğimiz yasanın ortaya çıkmasının temelini oluşturdu.

Newton'un ilk yasası : Cismin doğrusal ve düzgün bir şekilde hareket ettiği veya cisme herhangi bir kuvvet etki etmediğinde veya cisme etki eden tüm kuvvetlerin karşılandığı durumlarda hareketsiz kaldığı bu tür referans sistemleri vardır. Bu tür referans sistemlerine atalet denir.

Başka bir deyişle bazen şunu söylerler: Eylemsiz bir referans çerçevesi, Newton yasalarının karşılandığı bir sistemdir.

Dünya neden eylemsiz olmayan bir CO'dur? Foucault sarkacı

İÇİNDE büyük miktarlar Sorunları çözmek için, Dünya'yı eylemsiz bir referans çerçevesi olarak değerlendirirken, bir cismin Dünya'ya göre hareketini de dikkate almak gerekir. Bu ifadenin her zaman doğru olmadığı ortaya çıktı. Dünyanın kendi eksenine veya yıldızlara göre hareketini dikkate alırsak, bu hareket bir miktar ivme ile gerçekleşir. Belli bir ivmeyle hareket eden CO, tam anlamıyla atalet olarak kabul edilemez.

Dünyanın kendi ekseni etrafında dönmesi, yüzeyinde bulunan tüm noktaların sürekli olarak hızlarının yönünü değiştirmesi anlamına gelir. Hız vektörel bir büyüklüktür. Yönü değişirse, bir miktar hızlanma ortaya çıkar. Bu nedenle Dünya doğru bir ISO olamaz. Bu ivmeyi ekvator üzerinde bulunan noktalar (kutuplara daha yakın olan noktalara göre maksimum ivmeye sahip noktalar) için hesaplarsak değeri olacaktır. İndeks ivmenin merkezcil olduğunu göstermektedir. Hızlanma ile karşılaştırıldığında serbest düşüş, ivme ihmal edilebilir ve Dünya eylemsiz bir referans çerçevesi olarak düşünülebilir.

Ancak uzun vadeli gözlemler sırasında Dünya'nın dönüşünü unutamazsınız. Bu Fransızlar tarafından ikna edici bir şekilde kanıtlanmıştır. bilim adamı Jean Bernard Leon Foucault (Şekil 11).

Pirinç. 11.Jean Bernard Leon Foucault (1819-1868)

Foucault sarkacı(Şekil 12) - çok uzun bir ipe asılı devasa bir ağırlıktır.

Pirinç. 12. Foucault sarkaç modeli

Foucault sarkacının dengesi bozulursa, düz bir çizgi dışında aşağıdaki yörüngeyi tanımlayacaktır (Şekil 13). Sarkacın yer değiştirmesi Dünya'nın dönmesinden kaynaklanır.

Pirinç. 13. Foucault sarkacının salınımları. Üst görünüm.

Dünyanın dönmesine başka birçok neden neden olur ilginç gerçekler. Örneğin, kuzey yarımküredeki nehirlerde, kural olarak, sağ kıyı daha dik, sol kıyı ise daha düzdür. nehirlerde güney yarımküre- tersine. Bütün bunlar tam olarak Dünya'nın dönmesinden ve bunun sonucunda ortaya çıkan Coriolis kuvvetinden kaynaklanmaktadır.

Newton'un birinci yasasının formülasyonu sorunu üzerine

Newton'un ilk yasası: Bir cisim üzerinde hiçbir cisim etki etmiyorsa veya bunların hareketleri karşılıklı olarak dengeleniyorsa (telafi edilmişse), o zaman bu cisim hareketsiz olacaktır veya düzgün ve doğrusal olarak hareket edecektir.

Newton'un birinci yasasının bu formülasyonunun düzeltilmesi gerektiğini bize gösterecek bir durumu ele alalım. Perdeli pencereleri olan bir tren hayal edin. Böyle bir trende yolcu dışarıdaki nesnelere bakarak trenin hareket edip etmediğini tespit edemez. İki referans sistemini ele alalım: Yolcu Volodya ile ilişkili СО ve Katya platformundaki gözlemciyle ilişkili СО. Tren hızlanmaya başlar, hızı artar. Masanın üzerindeki elmaya ne olacak? Atalet nedeniyle yuvarlanacak karşı taraf. Katya için elmanın ataletle hareket ettiği açık olacak, ancak Volodya için bu anlaşılmaz olacak. Trenin hareket etmeye başladığını görmüyor ve birden masanın üzerinde duran bir elma ona doğru yuvarlanmaya başlıyor. Bu nasıl olabilir? Sonuçta Newton'un birinci yasasına göre elmanın hareketsiz kalması gerekiyor. Bu nedenle Newton'un birinci yasasının tanımının iyileştirilmesi gerekmektedir.

Pirinç. 14. İllüstrasyon örneği

Newton'un birinci yasasının doğru formülasyonu kulağa şöyle geliyor: cismin doğrusal ve düzgün bir şekilde hareket ettiği veya cisme hiçbir kuvvet etki etmediğinde veya cisme etki eden tüm kuvvetlerin dengelendiği durumlarda hareketsiz kaldığı referans sistemleri vardır.

Volodya eylemsiz olmayan bir referans çerçevesindedir ve Katya eylemsiz bir referans çerçevesindedir.

Sistemlerin çoğu gerçek sistemler referans - eylemsiz. Basit bir örnek düşünelim: trende otururken masanın üzerine bir cisim (örneğin bir elma) koyarsınız. Tren hareket etmeye başladığında şu ilginç tabloyla karşılaşacağız: Elma hareket edecek, trenin hareketinin tersi yönde yuvarlanacak (Şekil 15). Bu durumda hangi cisimlerin hareket ettiğini ve elmayı hareket ettirdiğini tespit edemeyiz. Bu durumda sistemin eylemsiz olduğu söylenir. Ancak girerek bu durumdan çıkabilirsiniz. atalet kuvveti.

Pirinç. 15. Eylemsiz olmayan FR örneği

Başka bir örnek: Bir cisim kavisli bir yol boyunca hareket ettiğinde (Şekil 16), vücudun düz hareket yönünden sapmasına neden olan bir kuvvet ortaya çıkar. Bu durumda şunu da düşünmeliyiz eylemsiz referans çerçevesi ama önceki durumda olduğu gibi sözde şeyi tanıtarak da durumdan kurtulabiliriz. atalet kuvvetleri.

Pirinç. 16. Yuvarlak bir yol boyunca hareket ederken atalet kuvvetleri

Çözüm

Sonsuz sayıda referans sistemi vardır ancak bunların çoğu eylemsiz referans sistemi olarak değerlendiremeyeceğimiz sistemlerdir. Eylemsiz bir referans çerçevesi idealleştirilmiş bir modeldir. Bu arada, böyle bir referans sistemi ile Dünya'ya veya bazı uzak nesnelere (örneğin yıldızlara) ilişkin bir referans sistemini kabul edebiliriz.

Referanslar

1. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizik: 9. sınıf ders kitabı lise. - M.: Aydınlanma.
2. Peryshkin A.V., Gutnik E.M. Fizik. 9. sınıf: genel eğitim ders kitabı. kurumlar / A. V. Peryshkin, E. M. Gutnik. - 14. baskı, stereotip. - M .: Bustard, 2009. - 300.
3. Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. Fizik: Problem çözme örnekleri içeren bir referans kitabı. - 2. baskı, revizyon. - X .: Vesta: Ranok Yayınevi, 2005. - 464 s.

1. İnternet portalı “physics.ru” ()
2. İnternet portalı “ens.tpu.ru” ()
3. İnternet portalı “prosto-o-slognom.ru” ()

Ev ödevi

1. Eylemsiz ve eylemsiz referans sistemlerinin tanımlarını formüle edin. Bu tür sistemlere örnekler veriniz.
2. Durum Newton'un birinci yasası.
3. ISO'da vücut hareketsizdir. Hızla ilk referans çerçevesine göre hareket eden ISO'daki hızının değerinin ne olduğunu belirleyin. v?