Системы отсчета в которых выполняется 1 -ый закон

Системы отсчета, в которых выполняется 1 -ый закон Ньютона называются инерциальными

Поскольку скомпенсированное внешнее воздействие или его отсутствие связано с состоянием покоя или равномерного и прямолинейного движения, то любая система координат, движущаяся равномерно и прямолинейно относительно инерциальной также является инерциальной

Принцип относительности Галилея: все физические явления проистекают одинаковым образом в всех инерциальных системах отсчета

Движение тел в инерциальных системах отсчета

Пример Человек на корабле, который движется равномерно и прямолинейно

В системе координат К 1, связанной с берегом человек на корабле движется со скоростью корабля. В системе координат К 2, связанной с кораблем, человек находится в состоянии покоя

C точки зрения 1 -ого закона Ньютона состояния человека в покое на корабле и равномерного, прямолинейного движения относительно берега эквивалентны другу

Характер физических явлений в различных инерциальных системах отсчета

Эксперимент № 8 Стрельба по мишени на корабле, который движется равномерно и прямолинейно относительно берега

Вопрос: чья пуля раньше поразит мишень?

Рассмотрим эту задачу в системе координат К 1, находящуюся на берегу

Обозначим

скорость полета пули 1 -ого стрелка в системе координат К 1, связанной с землей: V 1=Vп+Vк за время t 1 пуля пролетит расстояние S 1=V 1 t 1= (Vп+Vк)t 1= Vпt 1 +Vкt 1

S 1=V 1 t 1=(Vп+Vк)t 1=Vпt 1 +Vкt 1 первое слагаемое Vпt 1 это расстояние, которое пролетит пуля в отсутствии движения корабля; второе слагаемое Vкt 1 -это расстояние, на которое отодвинется корабль за время полета пули

скорость полета пули 2 -ого стрелка в системе координат К 1, связанной с землей: V 2=Vп-Vк за время t 2 пуля пролетит расстояние S 2= V 2 t 2= (Vп-Vк)t 2= Vпt 2 -Vкt 2

S 2=V 2 t 2=(Vп-Vк)t 2=Vпt 2 -Vкt 2 первое слагаемое Vпt 2=L это расстояние, которое пролетит пуля в отсутствии движения корабля второе слагаемое Vкt 2 -это расстояние, на которое придвинется корабль за время полета пули

В первом случае увеличение скорости пули компенсируется тем, что корабль за время полета пули отодвинется на некоторое расстояние

Во втором случае уменьшение скорости пули компенсируется тем, что корабль за время полета пули приблизится на некоторое расстояние

Таким образом, в обоих случаях скорость движения корабля не влияет на время полета пули от стрелка до мишени

В системе координат К 2, связанную с кораблем, эта задача решается просто:

В этой системе координат оба стрелка находятся в покое, поэтому t 1 =t 2

Этот пример является подтверждением принципа относительности Галилея – все физические явления проистекают одинаковым образом в всех инерциальных системах отсчета

Из этого принципа следует, что на основании законов движения тел невозможно выделить какую либо инерциальную систему отсчета среди других Однако этот принцип справедлив только для инерциальных систем отсчета

Преобразования Галилея – Координаты, скорость и ускорение материальной точки в двух инерциальных системах отсчета

Пусть одна система отсчета движется относительно другой в положительном направлении оси Х со скоростью Vo

а материальная точка неподвижна относительно системы координат К 1

положение материальной точки в системе координат К 1 определяется радиусом вектром r 1, а в системе координат К 2 - r 2

Положение материальной точки в конце пути для обеих систем координат

Преобразование координат: х2=х1 -Vot y 2=y 1 z 2=z 1

Преобразование скоростей: V 2 x=V 1 x-Vo V 2 y=V 1 y V 2 z=V 1 z это закон сложения скоростей

Преобразование ускорений: а 2 х=а 1 х а 2 у=а 1 у а 2 z=а 1 z Ускорение тела одинаково во всех инерциальных системах отсчета

Неинерциальные системы отсчета неинерциальными системами отсчета называются системы, которые движутся с некоторым ускорением относительно инерциальных

Движение тел в неинерциальных системах отсчета

Эксперимент № 9 Стрельба по мишеням на корабле, движущимся с ускорением

Результат эксперимента Пули поражают мишени в разный момент времени

Ускоренное движение корабля привело к тому что система координат К 2, связанная с кораблем, стала неинерциальной

В системе координат К 2, связаной с кораблем, оба стрелка по прежнему находятся в состоянии покоя. Однако поражение мишеней происходит в различные моменты времени, поскольку эта система координат перестала быть инерциальной

Другой пример перехода инерциальной системы отсчета в неинерциальную

Эксперимент № 10 поведение пассажира и шара в момент торможения трамвая

Переход трамвая из инерциальной системы отсчета к неинерциальной в момент торможения привел к изменению состояния человека и шара без какого либо видимого внешнего воздействия

Для описания движения тел в неинерциальных системах отсчета используются так называемые силы инерции, речь о которых пойдет ниже

P. S.

Основные экспериментальные данные, о которых шла и будет идти речь, связаны с системами отсчета относительно Земли

Строго говоря, система координат, связанная с Землей, не является инерциальной, поскольку она участвует в двух вращательных движениях вокруг Солнца и вокруг собственной оси

Этот факт отражается в более "тонких" экспериментах: - отклонением свободно падающего тела от вертикали (на восток). - поворотом плоскости колебаний маятника (маятник Фуко). - зависимостью величины ускорения свободного падения от широты

В принципе, не существует идеально инерционных систем отсчета, поскольку материя находится в вечном движении

По степени приближения к идеальной можно считать системы отсчета Галактика – Солнце – Земля