Если тело находится в состоянии покоя по отношению к Земле, то оно будет сохранять свое состояние бесконечно долго, до тех пор, пока другие тела, воздействуя на него, не выведут, рассматриваемое тело, из этого состояния.
Известно, что если тело совершает движение, по отношению к Земле, то изменение его скорости, не может происходить само собой. Изменение величины и направления скорости тела относительно Земли происходит при воздействии на тело со стороны других тел. Возникает вопрос: для того, чтобы тело имело постоянную скорость относительно Земли, является необходимым воздействие на рассматриваемое тело со стороны других тел?
Долгое время, начиная с четвертого века до нашей эры, господствовало мнение, которое сформулировал Аристотель. Он считал, что для того, чтобы тело двигалось (в том числе и с постоянной скоростью) необходимо действие на него со стороны других тел. Так, для того, чтобы автомобиль ехал, двигатель должен всегда работать. Перестал двигатель работать, автомобиль остановился. Следуя за Аристотелем надо было бы сказать, что причиной движения является действие на рассматриваемое тело со стороны других тел. Аристотель обладал очень большим авторитетом, его труды составляют работы по философии, естественным наукам, истории и психологии и др. Аристотель был учителем А. Македонского, который испытывал к своему учителю большой пиетет. Авторитет Аристотеля являлся столь высоким, что его объяснение причин движения господствовали в европейском естествознании более двух тысяч лет.
Закон инерции?
Стоит отметить, что китайские «физики» фрагментарно сформулировали закон инерции между 450 и 250 годами до нашей эры. В работе философа Мо-цзы было написано примерно следующее: Если противодействующей силы нет, то движения тела никогда не прекратится. Мысль о прямолинейности движения по инерции китайцы формулировали так: Если присутствует поддерживающий столб, то движение не прекратится. Оно будет уподоблено переходу по висячему мосту. В переводе на современный язык это означает: В том случае, если на движущееся тело воздействовать с силой направленной под углом к направлению перемещения, то тело будет двигаться по криволинейной траектории.
В Европе понятие инерции было сформулировано Г. Галилеем в середине семнадцатого века, после того, как он провел серию широко известных экспериментов с шарами. Г. Галилей одним из первых пришел к объяснению причин равномерного и ускоренного перемещения тел и исследовал движение по инерции. Однако представления Галилея были не верны до конца, так как он утверждал, что тело, на которое не действуют силы движется равномерно по окружности. Такие представления у ученого были сформированы после изучения движения небесных тел. Так как он считал, что небесные тела движутся сами по себе.
Было бы правильно, говорить, что первым сформулировал закон инерции французский философ, математик Р. Декарт. Он писал о том, что любое тело пребывает одном состоянии до того момента пока не встретится с другим телом. И в другом своем законе Декарт говорит, что любая частица стремится двигаться исключительно по прямой. Однако Декарт дал формулировки своих законов, не зная о силах гравитации и скорее по наитию, чем опираясь на факты, поэтому считают, что закон инерции, который мы знаем, сформулировал И. Ньютон:
Каждое тело находится в состоянии покоя или движется равномерно и прямолинейно, относительно любой инерциальной системы отсчета, до того момента пока действие на него других тел не заставит его изменить свое состояние.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | В чем состоит смысл опытов Галилея с наклонной плоскостью и почему они подтверждают закон инерции? |
| Решение | Сделаем рисунок.
Галилей сделал несколько наклонных плоскостей с вырезанными в них прямыми желобами. Длина плоскости составляла примерно 5 метров. Желоб естествоиспытатель выстилал пергаментом для того, чтобы уменьшить силу трения. По желобу скатывался тяжелый шар. Галилей замечал положения шара через одинаковые промежутки времени. Так как секундомера в это время не было, то ученый использовал свой пульс или иные не слишком удобные методы измерения времени. Было получено, что путь пройденный телом, движущимся с постоянным ускорением пропорционален квадрату времени. Данный эксперимент, наряду с другими опытами по падению тел, дали основу для принципа инерции. Получалось, что шар, скатывавшийся по наклонной плоскости виз, увеличивал скорость, при движении вверх скорость тела уменьшалась. Если плоскость, по которой двигалось тело, была горизонтальна, то тело свою скорость почти не изменяло, так как у него не было причины ускоряться или замедляться. По предположению Галилея, если нет причины изменения движения, то тело движется равномерно или находится в состоянии покоя. |
всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока оно не будет вынуждено изменить его под действием каких-то сил.
II закон . Этот закон по праву является ядром механики. Он связывает изменение импульса тела (количества движения) с действующей на него силой , т.е. изменение импульса тела в единицу времени равно действующей на него силе и происходит в направлении ее действия. Так как в механике Ньютона масса не зависит от скорости (в современной физике, как мы впоследствии увидим, это не так), то
,
где а – ускорение противодействия равны
по величине и противоположны по
направлению. Масса в этом выражении
предстает как
мера инертности
.
Нетрудно увидеть, что при постоянной
силе воздействия ускорение, которое
можно придать телу тем меньше, чем больше
его масса.
III закон отражает тот факт, что действие тел всегда носит характер взаимодействия, и что силы действия и противодействия равны по величине и противоположны по направлению.
IV закон, сформулированный Ньютоном – это закон всемирного тяготения.
Логическая цепочка этого открытия может быть выстроена следующим образом. Размышляя о движении Луны, Ньютон сделал вывод, что она на орбите удерживается той же силой, под действием которой камень падает на землю, т.е. силой тяготения: «Луна тяготеет к Земле и силою тяготения постоянно отклоняется от прямолинейного движения и удерживается на своей орбите». Используя формулу своего современника Гюйгенса для центростремительного ускорения и астрономические данные, он нашел, что центростремительное ускорение Луны в 3600 раз меньше ускорения падения камня на Землю. Поскольку расстояние от центра Земли до центра Луны в 60 раз больше радиуса Земли, то можно предположить, что сила тяготения убывает пропорционально квадрату расстояния. Затем, на основе законов Кеплера, описывающих движение планет, Ньютон распространяет этот вывод на все планеты. («Силы, которыми главные планеты отклоняются от прямолинейного движения и удерживаются на своих орбитах, направлены к Солнцу и обратно пропорциональны квадратам расстояний до центра его »).
Наконец, высказав положение о всеобщем характере сил тяготения и одинаковой их природе на всех планетах, показав, что «вес тела на всякой планете пропорционален массе этой планеты», установив экспериментально пропорциональность массы тела и его веса (силы тяжести), Ньютон делает вывод, что сила тяготения между телами пропорциональна массе этих тел. Так был установлен знаменитый закон всемирного тяготения, который записывается в виде:
Где g - гравитационная постоянная, впервые определенная экспериментально в 1798 г. Г. Кавендишем. По современным даннымg = 6,67*10 -11 Н×м 2 /кг 2 .
Важно отметить, что в законе всемирного тяготения масса выступает в качестве меры гравитации , т.е. определяет силу тяготения между материальными телами.
Важность закона всемирного тяготения состоит в том, что Ньютон, таким образом, динамически обосновал систему Коперника и законы Кеплера.
Примечание. О том, что сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния, догадывались некоторые ученые и до Ньютона. Но только Ньютон сумел логически обосновать и убедительно доказать этот закон с помощью законов динамики и эксперимента.
Следует обратить внимание на важный факт, свидетельствующий о глубокой интуиции Ньютона. Фактически Ньютон установил пропорциональность между массой и весом , что означало, что масса является не только мерой инертности, но мерой гравитации . Ньютон отлично понимал важность этого факта. В своих опытах он установил, что масса инертная и масса гравитационная совпадают с точностью до 10 -3 . Впоследствии А. Эйнштейн, считая равенство инерционной и гравитационной масс фундаментальным законом природы , положил его в основу общей теории относительности, или ОТО. (Интересно, что в период создания ОТО это равенство было доказано с точностью до 5×10 -9 , а в настоящее время оно доказано с точностью до 10 -12‑ .)
В третьей части книги Ньютон изложил Общую Систему Мира и небесную механику, в частности, теорию сжатия Земли у полюсов, теорию приливов и отливов, движения комет, возмущения в движении планет и т.д. на основе закона всемирного тяготения.
Утверждение Ньютона о том, что Земля сжата у полюсов, было экспериментально доказано в 1735-1744 гг. в результате измерения дуги земного меридиана в экваториальной зоне (Перу) и на севере (Лапландия) двумя экспедициями Парижской Академии наук.
Следующим большим успехом закона всемирного тяготения было предсказание ученым Клеро времени возвращения кометы Галлея. В 1682 г. Галлей открыл новую комету и предсказал ее возвращение в сферу земного наблюдения через 76 лет. Однако в 1758 г. комета не появилась, и Клеро сделал новый расчет времени ее появления на основе закона всемирного тяготения с учетом влияния Юпитера и Сатурна. Назвав время ее появления – 4 апреля 1759 г., Клеро ошибся всего на 19 дней.
(Успехи теории тяготения в решении проблем небесной механики продолжались и в 19 веке. Так в 1846 г. французский астроном Леверье писал своему немецкому коллеге Галле: «направьте ваш телескоп на точку эклиптики в созвездии Водолея на долготе 326 градусов, и вы найдете в пределах одного градуса от этого места новую планету с заметным диском, имеющую вид звезды приблизительно девятой величины.» Эта точка была вычислена Леверье и независимо от него Адамсом (Англия) на основе закона всемирного тяготения при анализе наблюдаемых «неправильностей» в движении Урана и предположения, что вызываются они влиянием неизвестной планеты. И действительно, 23 сентября 1846 г. Галле в указанной точке неба обнаружил новую планету. Так родились слова «Планета Нептун открыта на кончике пера».)
К началу документа
inertia - «бездеятельность», «косность»), то есть явление сохранения скорости, если внешние воздействия на них скомпенсированы.Первый закон Ньютона с точки зрения современных представлений можно сформулировать так: существуют такие системы отсчета, относительно которых тело (материальная точка) при отсутствии на него внешних воздействий (или при их взаимной компенсации) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.
Системы отсчёта, в которых выполняется закон инерции, называют инерциальными системами отсчёта (ИСО).
Явлением инерции также является возникновение фиктивных сил инерции в неинерциальных системах отсчета.
Впервые закон инерции был сформулирован Галилео Галилеем , который после множества опытов заключил, что для движения свободного тела с постоянной скоростью не нужно какой-либо внешней причины. До этого общепринятой была иная точка зрения (восходящая к Аристотелю): свободное тело находится в состоянии покоя, а для движения с постоянной скоростью необходимо приложение постоянной силы.
Принцип относительности Галилея: во всех инерциальных системах отсчета все физические процессы протекают одинаково(если условия для всех тел одинаковы). В системе отсчета, приведенной в состояние покоя или равномерного прямолинейного движения относительно инерциальной системы отсчета (условно - «покоящейся») все процессы протекают точно так же, как и в покоящейся системе.
Следует отметить что понятие инерциальной системы отсчета - абстрактная модель (некий идеальный объект рассматриваемый вместо реального объекта. Примерами абстрактной модели служат абсолютно твердое тело или невесомая нить), реальные системы отсчета всегда связаны с каким-либо объектом и соответствие реально наблюдаемого движения тел в таких системах с результатами расчетов будет неполным.
См. также
Литература
Ссылки
- Masreliez, C J; Dynamic incremental scale transition with application to physics and cosmology , Physica Scripta (oct 2007)
- Masreliez C. J. , Motion, Inertia and Special Relativity - a Novel Perspective, Physica Scripta, (dec 2006)
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Инерции закон" в других словарях:
Один из осн. законов механики, согласно к рому при отсутствии внеш. воздействий (сил) или когда действующие силы взаимно уравновешены тело сохраняет неизменным состояние своего движения или покоя относительно инерциальной системы отсчёта. В… … Физическая энциклопедия
См. Ньютона законы … Большой Энциклопедический словарь
См. Ньютона законы. * * * ИНЕРЦИИ ЗАКОН ИНЕРЦИИ ЗАКОН, см. Ньютона законы (см. НЬЮТОНА ЗАКОНЫ) … Энциклопедический словарь
Квадратичных форм теорема, утверждающая, что при любом способе приведения квадратичной формы с действительными коэффициентами к сумме квадратов посредством линейной замены переменных где Q невырожденная матрица с действительными коэффициентами,… … Математическая энциклопедия
Первый закон Ньютона (см. Ньютона законы механики) … Большой энциклопедический политехнический словарь
Первый Ньютона закон … Естествознание. Энциклопедический словарь
Один из основных законов механики, согласно которому при отсутствии внешних воздействий (сил) или когда действующие силы взаимно уравновешены, тело сохраняет неизменным состояние своего движения или покоя относительно инерциальной системы … Большая советская энциклопедия
В физике первый закон Ньютона. см. статью Инерция Закон инерции в математике см. раздел «Свойства» в статье «Квадратичная форма» (закон инерции Сильвестра) … Википедия
ЗАКОН ИНЕРЦИИ - см … Большая политехническая энциклопедия
Сила инерции фиктивная сила, которую можно ввести в неинерциальной системе отсчёта так, чтобы законы механики в ней совпадали с законами инерциальных систем. В математических вычислениях введения этой силы происходит путём преобразования… … Википедия
Книги
- Аналитическое Естествознание , Панченков А.Н.. Монография – итоговый документ пятидесятилетних исследований автора, посвященных Природе и Действительности. Ее цель: создание современного научного Миропонимания в виде аксиоматической…
- Живая материя. Фундаментальная физика с литературными вставками , А. И. Заказчиков. Успехи формализованного описания явлений природы, блестящим примером которых является закон всемирного тяготения, превратили формализм как бы в достаточную ступень научного познания, снизили…
(1564–1642) справедливо считается основателем физики как науки. Ему мы обязаны развитием современного метода исследований, кратко выражающегося в цепочке: эксперимент => модель (выделение в явлении главных особенностей, то есть применение абстракции) => математическое описание => следствия модели => новый эксперимент для их проверки.
Среди прочих научных достижений, в механике им были введены два основополагающих принципа: принцип инерции и принцип относительности . Принцип инерции Галилея был повторен И. Ньютоном (1643–1727) в качестве первого закона механики.
Первый закон Ньютона гласит:
Существуют такие системы отсчета, в которых всякая материальная точка находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока это состояние не будет изменено воздействием со стороны других тел. Такие системы отсчета принято называть инерциальными.
Ответ на вопрос: «Существуют ли инерциальные системы отсчета или нет?», как всегда, дает эксперимент. По результатам современных измерений гелиоцентрическая система отсчета, в которой неподвижен центр Солнца, и оси которой направлены на неподвижные звезды, является инерциальной. Это означает следующую простую вещь: существующие акселерометры (измерители ускорения) не обнаруживают отклонений от первого закона Ньютона в гелиоцентрической системе отсчета. Покой или равномерное прямолинейное движение - это состояние с равным нулю ускорением, следовательно, если тело, не подверженное воздействиям извне, приобретает ускорение, то это означает, что движение этого тела рассматривается в неинерциальной системе отсчета. Солнечная система совершает финитное движение в пределах нашей галактики (Млечный путь), любое финитное движение есть движение с ускорением, но солнечная система далека от центра галактики - мы периферийные жители - кривизна её траектории ничтожна, наши приборы не обнаруживают ускорений и мы утверждаем, что гелиоцентрическая система отсчета инерциальна. Инерциальная система отсчета - ещё одна идеализация: в точном смысле инерциальных систем отсчета не существует. Естественно предположить, что это обстоятельство было в ряду тех, что подвигли Эйнштейна на создание общей теории относительности, в которой утверждается физическое равноправие всех вообще, а не только инерциальных, систем отсчета, а поля сил инерции эквивалентны гравитационным полям (так называемый «принцип эквивалентности» подробнее речь об этом пойдет позже).
В дальнейшем будет видно, что любая система отсчета, движущаяся поступательно с постоянной по величине и направлению скоростью относительно некоторой инерциальной системы отсчета, также инерциальна. Другими словами, существование одной инерциальной системы отсчета означает существование бесконечно большого числа таких систем.
Свойство тела сохранять состояние покоя или прямолинейного равномерного движения называется инерцией . Сам этот принцип - принцип инерции Галилея (или первый закон Ньютона) - далеко не столь очевиден.
До Галилея думали, что для движения нужна какая-то причина, движущая сила. Даже великий Леонардо да Винчи писал: «Всякое движение стремится к своему сохранению, или же каждое движущееся тело движется постоянно, пока в нем сохраняется действие его двигателя». Удивительно, но туповатый полковник фон Циллергут из книги Я. Гашека «Похождения бравого солдата Швейка», мыслил похоже: нет бензина, не работает двигатель, автомобиль останавливается. После Галилея стала возможной чеканная латинская формулировка Р. Декарта (1596–1650): «Quod in vacuo movetur, semper moveri» (что движется в пустоте, будет двигаться всегда).
Дело в том, что в природе действительно никогда не наблюдаются тела, вечно сохраняющие состояние покоя или прямолинейного равномерного движения. Нужно было проявить ту самую способность строить модели, отбрасывать несущественное, абстрагироваться, чтобы открыть принцип инерции. Изучая основные законы механики, мы идеализируем систему: пренебрегаем силами трения, считаем, что поблизости нет других тел и т. д. И тогда принцип инерции проявляет себя во всей своей красе и силе:
Для равномерного прямолинейного движения не нужно двигателя, движущая сила нужна для изменения такого вида движения тела.
Видео 3.1. Стальной шарик в поле магнита. Эксперимент, показывающий, что для искривления траектории необходима соответствующая внешняя сила.
Дополнительная информация
http://www.plib.ru/library/book/14978.html – Д.В. Сивухин Общий курс физики, том 1, Механика Изд. Наука 1979 г. – стр. 91–97 (§16): обсуждается принцип относительности Галилея, приводится дословное рассуждение самого Галилея!
http://www.gaudeamus.omskcity.com/PDF_library_natural-science_2.html – Киттель Ч., Наит У., Рудерман М. Курс общей физики. Том 1. Механика. Изд. Наука, 1975 г. – стр. 79–88 – описание ультрацентрифуги и оценка ускорений реальных систем отсчета, применяемых в механике.
Помогите с красордом по физике нужны ответы помогите пожалуйста кто знает2. Сила, с которой тело действует на опору или растягивает подвес.
7. Процесс перехода от ручного труда к машинному.
9. Физическая величина - мера взаимодействия материальных объектов.
11. Единица громкости.
12. Итальянский физик, открывший закон падения тел.
14. Наибольшее отклонение тела от положения равновесия.
18. Летательный аппарат с реактивным двигателем.
19. Прибор - источник звука одной частоты, представляющий собой изогнутые металлические стержни на ножке.
20. Физическая величина, характеризующая быстроту изменения положения тела.
По вертикали:
1. Направленный отрезок, соединяющий начальное положение тела
1.Шарик движется под действием постоянной по модулю и направлению силы.Выберите правильное утверждение:
А.Скорость шарика не изменяется.
Б.Шарик движется равномерно.
В.Шарик движется с постоянным ускорением.
2.КАк движется шарик массой 500г. под действием силы 4 Н?
А.С ускорением 2 м/с(в квадрате)
Б.С постоянной скоростью 0,125м/с.
В.С постоянным ускорение 8м/с(в квадрате)
3.В каких приведённых ниже случаев идёт речь о движении тел по инерции?
А.Тело лежит на поверхности стола.
Б.Катер после выключения двигателя продолжает двигаться по повехности воды
В.Спутник движется по орбите вокруг Солнца.
4.а)почему первый закон Ньютона называют законом инерции?
б.как движется тело,если векторная сумма действующих на него сил равна нулю?
в.О векторное стекло движущегося автомибиля ударился комар.Сравните силы,действующие на комара и автомобиль во время удара.
5.а.При каком условии тело может двигаться равномерно и прямолинейно?
б.С помощью двух одинаковых воздушных шаров подминают из состояния покоя разные тела.По какому признаку можно заключить,у какого из этих тел болльшая масса?
в.Мяч ударяет в оконное стекло.На какое из тел(мяч или стекло) действует при ударе большая сила?
7.а.На столе лежит брусок.Какие силы дейчствуют на него?Почему брусок покоится?
б.С каким ускорением движется при разбеге реактивный самолёт ммассой 60 т.,ксли сила тяги двигателей 90 кН?
в.Теплоход при столкновении с лодкой может потопить её без всяких для себя повреждений.Как это согласуется с равенством модулей сил взаимодействия?
8.а.Какими способами насажисают топор на рукоятку?Как объяснить происхождящие при этом явления?
б.Какая сила сообщает телу массой 400г. ускорение 2 м/с(в квадрате)?
в.Двое мальчиков тянут шнур в противоположные стороны,каждый с силой 100Н.Разорвётся ли шнур,если он может выдержать нагрузку 150Н?