Инерция
(l"inertie, die Trägheit, the inertia) - свойство материи, состоящее в стремлении каждой точки материального тела сохранять без изменения величину и направление своей скорости. Поэтому какое-либо тело, все точки которого обладают одновременно равными и параллельными скоростями, имеет стремление двигаться поступательно таким образом, чтобы все точки его описывали прямолинейные параллельные траектории с одинаковой и не изменяющейся скоростью. Существование этого свойства в материи мы принимаем как одно из основных начал механики. Открытие начала И. принадлежит Галилею. Инерция
- самонедеятельность, неспособность тел без содействия внешних сил изменять свое состояние покоя или движения, т. е. величину и направление скорости абсолютного движения. И., как общее свойство всех тел без исключения, проявляется ежеминутно во всех окружающих нас движениях; в одних движениях резче проявляется сохранение величины скорости, в других - ее направления. Неспособность тел самостоятельно изменять величину скорости обнаруживается по возникновении и прекращении движения: необходимо усилие как для остановки движущегося тела, так и для приведения его в движение; быстрая остановка экипажа, лодки, вагона, в котором мы находимся, заставляет нас падать вперед; быстрое возникновение их движения - падать назад. Подобное же явление происходит и со всеми телами и частицами их, со всеми частями организмов и механизмов: внезапная остановка одних частей системы и сохранение движения другими вследствие их И. и, наоборот, внезапное возникновение движения одних частей при сохранении покоя другими, также вследствие И., вызывает относительное перемещение всех частей системы; наглядный пример этому представляет перемешивание частиц сыпучих тел попеременными толчками то в ту, то в другую сторону. Если силы между частицами системы препятствуют свободному движению их, то остановка системы вызовет относительное движение частиц около среднего положения их. Это обнаруживается или нагреванием их (например куска свинца при ударе его о твердую массу, столярных и токарных инструментов при трении), или звуком (например камертона, струны при ударе) и т.
п. Конечно, эти явления обусловливаются не одной И. останавливаемых частиц, но и силами между ними, от чего зависит и род производимого явления; но действие этих сил вызывается все-таки первоначальным, относительным перемещением частиц вследствие И. Не обладай частицы И., они все сразу останавливались бы или приходили в движение при ударе. Значительные относительные перемещения частей системы могут вызвать нарушение связей между этими частями, отделение их друг от друга. Пример этому представляют: разлом хрупких тел при ударе; повреждения организма вследствие смещения органов при падении с больших высот или из быстро едущего вагона; расшатывание частей машины при неровном ходе и т. д. Разрушительные и вообще вредные человеку действия И. могут быть ослаблены уменьшением резкости относительных перемещений частиц, т. е. уменьшением относительных скоростей их. Это достигается ослаблением самого толчка, заменой почти моментальной остановки тела постепенной задержкой движения, что производится или возбуждением противоположного движения, или трением и противодействием мягких и упругих препятствий. Например, уменьшение скорости своего движения при сходе с быстро движущегося вагона человека он производит отталкиванием себя от вагона назад, но лицом вперед; остановка хода машин - усилением трения; уменьшение сотрясения экипажа рессорами и т. д. Неспособность тела самостоятельно, т. е. без содействия внешних сил или сопротивлений, изменять направление движения обнаруживается преимущественно на вращательных движениях. Гладкий шарик, двигаемый по окружности на горизонтальной плоскости посредством привязанной к нему нити, по освобождении от нити катится по прямой линии, касательной к окружности в том месте, где он освободился от нити. То же самое происходит и с жидкостью, наполняющей скважины быстро вращающегося тела, например с водой в сыром полотне; она отлетает в сторону от тела. Этим действием И. пользуются для сушки белья, для добывания сахарного сока из свекловичной кашицы, для выделения патоки из сахара и т. д. На этом же действии И. основаны центробежные насосы, веялки, воздуходувные машины и другие центрифуги. И. проявляется и на вращении твердых тел около оси. Вследствие И. материальная частица может двигаться по окружности только в том случае, когда какие-либо связи или силы не допускают ее удаляться от центра, т. е. отклоняют ее движение от касательной к центру. Поэтому движение должно совершаться в плоскости, проходящей через центр и направление первоначального движения, сообщенного частице; отклонить движение из этой плоскости, выйти из нее частица не может сама собой вследствие И. То же происходит и с прочими частицами; и потому параллельные плоскости вращения всех частиц тела, ось, около которой оно вращается, должны сохранять свое первоначальное направление, если нет внешних влияний. Это мы и наблюдаем на волчке, на гироскопе во время быстрого вращения их. По этой же причине сохраняют свое направление оси вращения Земли и других небесных тел. В общем движении системы тел каждое из них по возможности сохраняет свою скорость вследствие И. Поэтому при изменении направления общего движения системы тела, наиболее сохраняющие свою скорость, как будто отклоняются от общего движения. Так, например, тяжелое тело, качающееся на нити в каюте плавно идущего судна, при поворотах судна сохраняет направление своего качания и потому кажется меняющим его относительно прочих тел, его окружающих, в сторону, противоположную повороту судна. Подобным же образом влияет вращение Земли на направление движения на ее поверхности, что мы и наблюдаем на отклонении пассатных ветров от меридионального направления, на напоре рек в сев. полушарии на правый берег и т. д. Вследствие И. тел, т. е. их неспособности изменять свое состояние покоя или движения, всякое изменение этого состояния - будет ли то ускорение, замедление или отклонение движения, может производиться только внешними силами, которые можно представить себе в виде давления двигателя или препятствия на двигаемое тело. Давление одного тела на другое всегда сопровождается обратным давлением второго тела на первое. Поэтому двигаемое тело производит на двигателя равное и противоположное давление, что мы ощущаем непосредственно, двигая рукой тело или останавливая его; в обоих случаях мы ощущаем обратное давление тела на руку. Давление движущегося тела на препятствие движению представляет, в свою очередь, источник силы этого тела: им оно преодолевает сопротивление на протяжении движения, а следовательно, совершает работу. Таким образом, движущееся тело вследствие И. обладает энергией, именно энергией движения. Наоборот, то же давление двигаемого тела на двигателя во время ускорения движения его преодолевается давлением двигателя. Поэтому внешняя сила, двигая даже свободное тело, совершает работу. Вообще, во всех случаях изменения движения обратное давление движущегося тела на двигателя, или сопротивление движению, производит такое же действие, как и активная сила. Поэтому это давление и называют силой и притом силой И.,
так как оно есть следствие И. тела. Частный случай силы И. представляет центробежная сила, т. е. давление несвободно движущегося тела на вещественный кривой путь (по нормальному к нему направлению), отклоняющий направление движения тела. Сила И. приложена не к самому движущемуся телу, а к двигателю или к препятствию движения. Подобно силе сопротивления, сила И. в известном смысле величина неопределенная; в каждом отдельном случае движения одного и того же тела сила И. равна давлению внешней силы на него; смотря по этой силе, большое тело может развить малую силу И., и наоборот - малое тело большую. Свойство И. - свойство чисто отрицательное, это абсолютная неспособность тел изменять свое движение. Поэтому нельзя говорить, что большее тело обладает большей неспособностью, т. е. большим отсутствием способности, чем малое. Поэтому в сущности неправильно условное выражение, что для изменения движения большего тела нужно преодолеть большую И., чем малого. И. смешивается в этих случаях с массой; именно: для равных изменений движений двух тел силы должны быть пропорциональны массам их, а не И. Общеупотребительное выражение "преодолеть И." также не совсем правильно; оно может подать повод думать, что тело стремится
сохранять свое состояние и сопротивляется
этому изменению, что для сообщения движения нужно преодолеть это сопротивление. В действительности же тело относится совершенно пассивно к изменению состояния движения внешней силой; самая ничтожная сила может сообщить движение самому большому телу. Обратное давление силы на тело происходит только от неспособности тела мгновенно воспринимать сообщаемое движение. Двигатель постепенно изменяет движение тела своим давлением на него, а пока существует это давление, существует и обратное давление тела на двигателя. П. Фан дер Флит.
Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. - С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон . 1890-1907 .
Синонимы :Антонимы :
Смотреть что такое "Инерция" в других словарях:
- (лат. inertia, от iners безыскусственный). Общее физическое свойство тел: неспособность самопроизвольно изменять свое положение как при покое, так и при движении. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910.… … Словарь иностранных слов русского языка
См. Масса. Философский энциклопедический словарь. 2010. ИНЕРЦИЯ (от лат. inertia – бездействие) – в механике … Философская энциклопедия
Инерция - Инерция ♦ Inertie Как ни парадоксально звучит, но инерция это прежде всего сила – сила тела сохранять свое положение в движении или покое. Действительно, согласно принципу инерции материальный объект сам по себе сохраняет состояние покоя или … Философский словарь Спонвиля
инерция - и, ж. inertie <лат. inertia. 1. Свойство тел сохранять состояние покоя или движения, пока какая н. сила не выведет их из этого состояния. БАС 1. < Лошадь> отдалась силе инерции, которая перенесла ее далеко за канаву. Толст. А. Каренина.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
См. лень … Словарь синонимов
- (от лат. inertia бездействие) (инертность), в механике свойство матер. тел, находящее отражение в 1 м и 2 м Ньютона законах механики. Когда внеш. воздействия на тело (силы) отсутствуют или взаимно уравновешиваются, И. проявляется в том, что тело… … Физическая энциклопедия
То же, что инертность … Большой Энциклопедический словарь
ИНЕРЦИЯ, свойство, присущее любой МАТЕРИИ и являющееся мерой того, как она сопротивляется изменениям своего состояния. Исаак Ньютон сформулировал первый закон движения, который иногда называют законом инерции. Закон гласит, что тело будет… … Научно-технический энциклопедический словарь
ИНЕРЦИЯ, инерции, мн. нет, жен. (лат. inertia бездействие). 1. Свойство тел сохранять первоначальное состояние покоя или равномерного движения, если они не подвержены действию какой нибудь силы (физ.). Закон инерции. Отцепленный вагон продолжал… … Толковый словарь Ушакова
- [нэ ], и, жен. 1. Свойство тел сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока какая н. внешняя сила не изменит этого состояния. Закон инерции. Двигаться по инерции (также перен.). Делать что н. по инерции (перен.: по… … Толковый словарь Ожегова
Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.
Современная формулировка закона:
История
Древнегреческие учёные, судя по дошедшим до нас сочинениям, размышляли о причинах совершения и прекращения движения. В «Физике» Аристотеля (IV век до н. э.) приводится такое рассуждение о движении в пустоте :
Однако сам Аристотель считал, что пустота в природе не может существовать, и в другом его труде, «Механике», утверждается :
Наблюдения действительно показывали, что тело останавливалось при прекращении действия толкающей его силы. Естественное противодействие внешних сил (сил трения, сопротивления воздуха и т. п.) движению толкаемого тела при этом не учитывалось. Поэтому Аристотель связывал неизменность скорости движения любого тела с неизменностью прилагаемой к нему силы.
Только через два тысячелетия Галилео Галилей (1564-1642) смог исправить эту ошибку Аристотеля. В своем труде «Беседы о двух новых науках» он писал :
Это суждение нельзя вывести непосредственно из эксперимента, так как невозможно исключить все внешние влияния (трение и т. п.). Поэтому, здесь Галилей впервые применил метод логического мышления, базирующийся на непосредственных наблюдениях и подобный математическому методу доказательства «от противного». Если наклон плоскости к горизонтали является причиной ускорения тела, движущегося по ней вниз, и замедления тела, движущегося по ней вверх, то, при движении по горизонтальной плоскости, у тела нет причин ускоряться или замедляться, и оно должно пребывать в состоянии равномерного движения или покоя.
Таким образом, Галилей просто и ясно доказал связь между силой и изменением скорости (ускорением), а не между силой и самой скоростью, как считал Аристотель и его последователи. Это открытие Галилея вошло в науку как Закон инерции . Надо отметить, что Галилей допускал свободное движение не только по прямой, но и по окружности (видимо, из астрономических соображений). В современном виде закон инерции сформулировал Декарт . Ньютон включил закон инерции в свою систему законов механики как первый закон .
Смежные понятия
Инертность - свойство тела в большей или меньшей степени препятствовать изменению своей скорости относительно инерциальной системы отсчёта при воздействии на него внешних сил. Мерой инертности в физике выступает инертная масса .
См. также
Литература
- Лич Дж. У. Классическая механика. М.: Иностр. литература, 1961.
- Спасский Б. И. . История физики. М., «Высшая школа», 1977.
- Том 1. Часть 1-я; Часть 2-я
- Том 2. Часть 1-я; Часть 2-я
- Кокарев С. С. Три лекции о законах Ньютона. Ярославль. Сб. трудов РНОЦ Логос, вып. 1, 45-72, 2006.
Примечания
Wikimedia Foundation . 2010 .
Синонимы :Антонимы :
Смотреть что такое "Инерция" в других словарях:
- (лат. inertia, от iners безыскусственный). Общее физическое свойство тел: неспособность самопроизвольно изменять свое положение как при покое, так и при движении. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910.… … Словарь иностранных слов русского языка
См. Масса. Философский энциклопедический словарь. 2010. ИНЕРЦИЯ (от лат. inertia – бездействие) – в механике … Философская энциклопедия
Инерция - Инерция ♦ Inertie Как ни парадоксально звучит, но инерция это прежде всего сила – сила тела сохранять свое положение в движении или покое. Действительно, согласно принципу инерции материальный объект сам по себе сохраняет состояние покоя или … Философский словарь Спонвиля
инерция - и, ж. inertie <лат. inertia. 1. Свойство тел сохранять состояние покоя или движения, пока какая н. сила не выведет их из этого состояния. БАС 1. < Лошадь> отдалась силе инерции, которая перенесла ее далеко за канаву. Толст. А. Каренина.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
См. лень … Словарь синонимов
- (от лат. inertia бездействие) (инертность), в механике свойство матер. тел, находящее отражение в 1 м и 2 м Ньютона законах механики. Когда внеш. воздействия на тело (силы) отсутствуют или взаимно уравновешиваются, И. проявляется в том, что тело… … Физическая энциклопедия
То же, что инертность … Большой Энциклопедический словарь
Совершенно нетрадиционно выразился по этому поводу полковник Краус фон Циллергут, герой бессмертного произведения Ярослава Гашека «Похождения бравого солдата Швейка во время мировой войны». Туповатый и болтливый полковник сетовал на автомобиль:
– Когда весь бензин вышел, автомобиль принужден был остановиться… И после этого еще болтают об инерции, господа! Ну не смешно ли?
Давайте вместе посмеемся над невежеством полковника, а посмеявшись, задумаемся. Действительно, а как же инерция? Ведь говорят и даже в книгах пишут, что разогнанный автомобиль после выключения двигателя движется по инерции. А в школьных учебниках по физике написано, что движение по инерции – равномерное, прямолинейное и конца ему нет. По крайней мере так трактует такое движение первый закон Ньютона. Стало быть, гашековский автомобиль, двигаясь по инерции, ехал бы до сих пор и продолжал бы ехать еще целую вечность. Правда, по прямой линии и с постоянной скоростью…
Тут надо признать, что незадачливый Краус фон Целлергут – далеко не единственный, кто имеет весьма туманное представление об инерции. Поэтому поговорим подробнее об этом фундаментальном свойстве материи.
Инерция (inertia) в переводе с латинского означает «покой», «бездействие». Под инерцией, или инертностью, понимают стремление тела сохранить неизменным свое состояние по отношению к инерциальной (в первом приближении неподвижной) системе отсчета. То есть если на тело не действуют никакие внешние силы (приложенные со стороны других тел и вообще окружающей среды) или если эти силы уравновешивают друг друга, то тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения (а это в механике то же, что покой, так называемый относительный покой).
Если же на тело действует неуравновешенная система внешних сил, оно постепенно начинает менять скорость. Под действием одинаковых сил более инерционные тела (более инертные) медленнее изменяют свою скорость. Конечно, слово «постепенно» странно слышать, когда речь идет, например, об ударе или выстреле, но тем не менее скорости и там меняются постепенно – не мгновенно. Разгоняющуюся пулю или бильярдный шар можно заснять скоростной кинокамерой на пленку и убедиться, что тело (шар или пуля) приобрело скорость не мгновенно, а постепенно – правда, очень быстро.
Рис. 20. Инерционное набивание топора
Всем нам знакомы «фокусы», связанные с инерцией. Если резко выдернуть скатерть, то находящиеся на ней предметы не падают. Молоток плотнее насаживается на рукоять, если другим молотком побить по рукояти первого сзади (рис. 20). Особенно впечатляет опыт, где тяжелый предмет – груз – подвешен на нити, а с него свисает еще одна нить, и по желанию можно порвать любую из них – либо ту, на которой предмет подвешен, либо свисающую. Если резко дернуть за свисающую нить, то инерция груза не даст ему разогнаться и порвется именно свисающая нить. Если же тянуть медленно, то к силе тяжести груза прибавится сила, с которой мы тянем вниз, и рвется верхняя нить: инерция в этом случае «помогает» очень мало из‑за «статичности» натяжения нитей, когда скорость груза меняется очень медленно (рис. 21).
Рис. 21. Опыт с обрыванием нитей по желанию
Мерой инерции тела является его масса. Удивительно, но природа массы пока не выяснена. Проявляется свойство инерции в так называемой инерциальной системе отсчета. Ранее мы говорили, что в первом приближении это неподвижная система. Но ведь ничего абсолютно неподвижного в мире нет – все движется друг относительно друга. Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца, не говоря уже о возмущениях ее вращения из‑за движения других планет. Солнце движется относительно центра Галактики, Галактика разбегается относительно центра мира, который… и т. д.
Как же тогда быть с инерциальной системой отсчета, где справедлив закон инерции, говорящий, что тело, если на него не действуют никакие неуравновешенные силы, находится в состоянии относительного покоя, т. е. оно может быть неподвижным относительно какой‑нибудь инерциальной системы отсчета или двигаться равномерно и прямолинейно относительно нее или другой инерциальной системы? Более того, всякая система отсчета, движущаяся равномерно и прямолинейно по отношению к инерциальной системе отсчета, сама делается инерциальной.
Однако если наша система отсчета движется по отношению к инерциальной системе неравномерно или непрямолинейно, то она не может быть инерциальной, так как в ней уже не будет соблюдаться закон инерции, не будут проявляться свойства инерции массивных тел, а следовательно, потеряют свою силу законы движения и сохранения – основные законы механики. Произойдет это потому, что помещенная в неинерциальную систему материальная точка будет иметь ускорение даже при отсутствии внешних действующих сил, поскольку даже без них она будет участвовать в ускоренном поступательном или вращательном движении самой системы отсчета.
Таким образом, инерциальная система отсчета – это всего лишь научная абстракция. Реальная система отсчета всегда связывается с каким‑либо конкретным телом – Землей, корпусом корабля, самолета или автомобиля, которое не неподвижно. Если мы захотим иметь очень точную (абсолютная – недостижима!) инерциальную систему отсчета, то должны будем поместить ее центр в центр Солнца – точнее, в центр массы Солнечной системы, а оси направить на три неподвижные (условно) звезды (рис. 22, а). Для большинства из технических задач центр инерциальной системы можно перенести из центра Солнца в центр Земли, а оси направить на те же звезды. В очень грубых случаях систему можно жестко связать с Землей, как известно, далеко не неподвижной (рис. 22, б).
Рис. 22. Схема инерциальных систем отсчета: а – связанной с Солнцем; б – связанной с Землей
Как видим, понятие инерции – непростое. Поэтому имеет смысл начать ее изучение, так сказать, с истории вопроса: давайте перенесемся в Древнюю Грецию – колыбель науки – и посмотрим, как в античной механике зарождалось понятие инерции.
Мы уже знаем, что Аристотель непосредственно связывал движение с силой.f
Очевидно, если сила равна нулю, то и скорость будет такой же. Но Аристотель прекрасно знал, что стрела, выпущенная из лука, продолжает двигаться уже после того, как на нее перестает действовать сила тетивы; продолжает лететь камень, выпущенный из руки. На это у Аристотеля свой ответ – так называемая теория антиперистасиса. Суть ее состояла в том, что в момент бросания камня рука приводит в движение не только камень, но и окружающую среду, в данном случае воздух. Рука сообщает окружающей среде некий «виртус мовенс» – способность передавать движение другим телам. Передвигаясь в соседнее место за счет «виртус мовенс», камень сдвигает новый участок среды и т. д. Замедление в процессе такого движения, происходящее за счет сопротивления среды, Аристотель объясняет тем, что при передачах «виртус мовенс» от камня к воздуху и обратно часть его теряется, и движение постепенно замедляется. Значит, в пустоте такого движения не должно происходить, но как раз только в пустоте можно осуществить движение по инерции, когда на тело не действуют силы сопротивления. Но Аристотель пустоты не признавал, он даже смеялся над теми, кто пытался использовать это понятие. «Что такое пустота?» – спрашивал он. И отвечал: «Это место без помещенных туда тел».
Причиной изменения скорости движения тел, то есть возникновения ускорения, в механике считают их взаимодействие. Ускорение тела в некоторый момент времени определено положением тел и движением окружающих тел.
Долгое время, следуя Аристотелю, считалось, что для того, чтобы тело двигалось, пусть даже с постоянной скоростью, оно нуждается во внешнем воздействии. Если внешнего действия на тело нет, то тело находится в состоянии покоя. Только Галилей и позднее Ньютон показали, что движение тела с постоянной скоростью эквивалентно состоянию покоя тела. Для того чтобы тело находилось в покое или равномерном и прямолинейном движении на тело не должны действовать силы или их действие должно взаимно компенсироваться.
Движение по инерции
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Движение тела, которое происходит без внешнего воздействия, называют движением по инерции .
Всякое тело, которое было выведено из состояния покоя, после прекращения действия на него со стороны других тел, продолжает перемещаться по инерции.
На Земле такое движение практически невозможно. Представить движение по инерции можно только в идеальных условиях. Рассмотрим, например, скольжение тела по горизонтальной поверхности. Если поверхность тела гладкая и скользит оно по льду, то тело будет изменять свою скорость медленно. Можно представить, что идеально гладкое тело по идеально гладкой поверхности может двигаться с постоянной скоростью бесконечно долго. Иная ситуация сложится, если заставить скользить тоже самое тело по шероховатой поверхности. Оно быстро уменьшит свою скорость до нуля.
Инерциальные системы отсчета
Однако следует учитывать, что движение всегда относительно. В произвольной системе отсчета изменение скорости тела может произойти без того, чтобы на него оказали воздействие другие тела. Системы отсчета, в которых тело сохраняет состояние покоя или движется равномерно и прямолинейно, если на него не оказывают действие другие тела, называют инерциальными. Инерциальных систем бесконечно много, так как любая система отсчета, движущаяся равномерно и прямолинейно относительно инерциальной системы отсчета является в свою очередь инерциальной.
Получается, что понятие инерциальной системы отсчета связано с представлением о свободном теле. Считают, что если тело удалено от других тел достаточно далеко, то оно не испытывает взаимодействия с другими телами и является свободным. На практике условия свободного перемещения выполняются с большей или меньшей погрешностью. Эмпирически невозможно доказать существование инерциальных систем отсчета. Систем отсчета, связанную Землей (геоцентрическую систему), можно считать инерциальной лишь в некотором приближении, так как Земля вращается вокруг Солнца и собственной оси. С гораздо большей степенью точности инерциальной можно считать систему, связанную с Солнцем и звездами. Такая система называется гелиоцентрической.
Первый закон Ньютона
Существуют такие системы отсчета, в которых тело движется с постоянной скоростью или находится в покое, если на него не действуют другие тела или их действие взаимно скомпенсировано. Постулирование существования инерциальных систем отсчета - содержание первого закона Ньютона.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Для того чтобы экспериментально показать, что избранная система отсчета является инерциальной следует иметь свободное тело. Как можно установить, что на избранное тело не действуют другие тела? |
| Решение | Все известные на настоящий момент взаимодействия тел в макромире убывают с ростом расстояния между телами. Но нельзя быть абсолютно уверенным в отсутствии взаимодействия, если рассматриваемое тело не касается других тел или находится от них в удалении. Так, силы гравитации и электромагнитные силы играют существенную роль на относительно больших расстояниях между телами. Следовательно, установить факт отсутствия взаимодействия на основе удаления в пространстве можно только приближенно, с то или иной требуемой точностью. Говорят, что в этом смысле не существует решающего эксперимента, который можно было бы считать доказательством первого закона Ньютона. |
ПРИМЕР 2
| Задание | Каково отношение силы трения шарика о жидкость к весу шарика (), если он всплывает с постоянной скоростью. При этом известно отношение плотности жидкости () к плотности материала шарика (): (). |
| Решение | Сделаем рисунок.
По условию задачи шарик движется с постоянной скоростью, следовательно, из первого закона Ньютона следует, что силы, действующие на него, взаимно компенсируют друг друга. На шарик действуют: сила тяжести: , сила трения шарика о жидкость . Эти силы направлены вниз, против движения шарика. Вверх направлена сила Архимеда . Получается, то сила Архимеда компенсирует сумму сил (тяжести и трения): Силу Архимеда определим как: |
Почти 2 500 лет назад древнегреческий ученый Аристотель утверждал: чтобы тело двигалось, его необходимо все время «двигать», причем, чем больше скорость тела, тем больше усилий нужно приложить. Именно влияние одного тела на другое Аристотель назвал силой.
По Аристотелю, сила - причина движения.
Великий итальянский ученый Галилео Галилей первым из ученых перешел от наблюдений к опытам. Изучая движение тел в условиях максимального уменьшения силы трения (Галилей экспериментировал с шарами, которые скатывались из наклонного желоба), ученый сформулировал закон, названный «законом инерции».
Если на тело не действуют другие тела, то оно сохраняет состояние покоя или движется прямолинейно и равномерно.
Способность тел сохранять свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела, называют явлением инерции.
Движением по инерции можно считать движение шайбы после удара клюшкой, движение шара по дорожке во время игры в боулинг. По инерции через голову коня летит всадник, если конь споткнулся; по инерции перелетает через руль велосипеда спортсмен, по неосторожности наехал на препятствие.
Как должен вести себя тело, на которое не влияют другие тела? Как утверждал Аристотель, такое тело должно находиться в состоянии покоя, скорость его должна равняться нулю.
По Ньютону, ускорения такого тела должна равняться нулю.
По учению Ньютона, сила - причина изменения движения тел.
Это означает, что в определенной системе отсчета тело, на которое не влияют другие тела, может либо находиться в состоянии покоя, или двигаться прямолинейно и равномерно. В этом и заключается первый закон Ньютона:
Любое тело продолжает находиться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку его не заставят изменить это состояние приложенные к нему силы.
Однако впоследствии выяснилось, что первый закон Ньютона реализуется не во всех системах отсчета. Так, он с необычайной точностью сработало в системе отсчета, связанной с Землей, а вот в системе отсчета, связанной с автомобилем, который едет по мосту, первый закон Ньютона не срабатывает, если автомобиль начинает ускоряться или тормозить.
Те системы отсчета, в которых закон инерции реализуется, называются инерциальными, а те, в которых не реализуется, - неинер-ных.
Согласно современным представлениям, первый закон Ньютона формулируется так:
Существуют такие системы отсчета, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела или действия других тел скомпенсированы.
Итак, существуют системы отсчета, в которых закон инерции срабатывает. С любым свободным телом можно связать систему отсчета, называется инерциальной. Таким образом, инерциальных систем отсчета бесконечно много. Во многих задачах инерциальной системой отсчета с большой степенью точности можно считать систему отсчета, связанную с Землей.
