Номер 11, страница 58 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Механика. Глава 2. Динамика. Параграф 6. Закон инерции — первый закон Ньютона - номер 11, страница 58.

Условие.

11. Во всех ли системах отсчёта выполняется закон инерции? Приведите примеры, подтверждающие ваш ответ.

Решение.

Нет, закон инерции (первый закон Ньютона) выполняется не во всех системах отсчёта. Он справедлив только в так называемых инерциальных системах отсчёта (ИСО).

Системы отсчёта, в которых выполняется закон инерции, называются инерциальными. В таких системах тело, на которое не действуют другие тела (или действие этих тел скомпенсировано), сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Любая система отсчёта, движущаяся относительно ИСО поступательно, равномерно и прямолинейно, также является инерциальной.

Системы отсчёта, движущиеся с ускорением относительно инерциальных систем, называются неинерциальными (НИСО). В них закон инерции не выполняется. В таких системах на тела действуют так называемые силы инерции (фиктивные силы), которые не связаны с взаимодействием с другими телами, а обусловлены ускоренным движением самой системы отсчёта.

Примеры, подтверждающие ответ:

1. Пример инерциальной системы отсчёта (закон инерции выполняется):
Представим себе вагон поезда, который движется по прямой с постоянной скоростью. Если на столике в этом вагоне лежит яблоко, оно будет оставаться на месте относительно столика. На него действуют сила тяжести и сила реакции опоры, которые скомпенсированы. Так как система отсчёта, связанная с поездом, движется без ускорения, она является (приближенно) инерциальной, и в ней яблоко сохраняет состояние покоя, что соответствует закону инерции.

2. Пример неинерциальной системы отсчёта (закон инерции не выполняется):
Рассмотрим тот же вагон поезда, но теперь поезд начинает тормозить, то есть движется с отрицательным ускорением. Система отсчёта, связанная с вагоном, становится неинерциальной. Яблоко, лежащее на столике, начнёт двигаться вперёд по ходу движения поезда, хотя никакая реальная сила в этом направлении на него не действует. С точки зрения наблюдателя в вагоне, яблоко приобретает ускорение "само по себе", что нарушает закон инерции. Это происходит из-за появления силы инерции, направленной против ускорения поезда.

3. Ещё один пример неинерциальной системы отсчёта (вращение):
Если вы находитесь на вращающейся карусели, вы чувствуете, как вас отбрасывает от центра. Если вы положите на пол карусели мяч, он покатится от центра к краю. В системе отсчёта, связанной с каруселью, мяч начинает двигаться с ускорением без действия на него реальных сил в горизонтальном направлении. Это кажущееся действие "центробежной силы" (силы инерции) является проявлением того, что вращающаяся система отсчёта неинерциальна, и закон инерции в ней не выполняется.

Ответ: Закон инерции выполняется только в инерциальных системах отсчёта, то есть в системах, которые покоятся или движутся равномерно и прямолинейно. В неинерциальных системах отсчёта (движущихся с ускорением) закон инерции не выполняется. Примером может служить поведение предметов в тормозящем автомобиле: они начинают двигаться вперёд относительно автомобиля, хотя никакая реальная сила их в этом направлении не толкает.