Номер 7, страница 58 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Механика. Глава 2. Динамика. Параграф 6. Закон инерции — первый закон Ньютона - номер 7, страница 58.

Условие.

7. Расскажите об инерциальных системах отсчёта.

Решение.

6. Решение

Явление инерции заключается в свойстве тел сохранять состояние своего движения (покоя или равномерного прямолинейного движения), пока на них не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано. Инерция — фундаментальное свойство материи, и её проявления можно наблюдать повсеместно в природе.

Примеры явлений инерции в природе:

Движение небесных тел. Планеты, астероиды и кометы движутся в космическом пространстве, где силы сопротивления пренебрежимо малы. Они стремятся сохранить свою скорость и направление движения по инерции. Сила гравитации, например, со стороны Солнца, постоянно изменяет направление их скорости, заставляя двигаться по криволинейным (эллиптическим) орбитам, но само непрекращающееся движение является прямым проявлением инерции.

Течение воды в реках. Вода в реке, набрав скорость на участке с уклоном, продолжает течь по инерции и на более пологих участках, сохраняя свою скорость до тех пор, пока силы трения не замедлят её.

Поведение животных. Быстро бегущее животное, например, гепард или антилопа, не может остановиться мгновенно. После того как животное перестает прилагать усилия для бега, оно пробегает еще некоторое расстояние по инерции, постепенно замедляясь под действием сил трения и сопротивления воздуха.

Падение плодов с деревьев. Если резко встряхнуть ветку дерева, яблоки или другие плоды срываются и падают. Это происходит потому, что ветка быстро меняет свое положение, а плоды, обладая инерцией, стремятся сохранить состояние покоя. Возникающая разница в движении приводит к отрыву от плодоножки.

Вулканические извержения. Пепел, камни и лава, выброшенные из жерла вулкана с огромной скоростью, продолжают лететь вверх на большую высоту по инерции. Их движение замедляется и меняет направление на противоположное только под действием силы тяжести и сопротивления воздуха.

Ответ: Примерами явлений инерции в природе являются: движение планет по орбитам, продолжающееся течение воды в реках на ровных участках, пробег животного после прекращения бега, падение плодов при встряхивании дерева, полёт вулканических выбросов на большую высоту.

7. Решение

Инерциальная система отсчёта (ИСО) — это такая система отсчёта, в которой выполняется первый закон Ньютона, также известный как закон инерции. Этот закон утверждает, что материальная точка (тело), на которую не действуют никакие силы (или действие всех сил скомпенсировано), находится в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения.

Математически это можно выразить так: если равнодействующая всех внешних сил $ \vec{F} $, приложенных к телу, равна нулю, то ускорение $ \vec{a} $ этого тела также равно нулю, и, следовательно, его скорость $ \vec{v} $ остаётся постоянной.

$ \sum \vec{F} = 0 \implies \vec{a} = 0 \quad (\vec{v} = \text{const}) $

Основные положения, связанные с ИСО:

1. Постулат о существовании ИСО. Первый закон Ньютона фактически постулирует, что в природе существует хотя бы одна инерциальная система отсчёта.

2. Бесконечность множества ИСО. Если существует одна ИСО, то любая другая система отсчёта, движущаяся относительно неё равномерно и прямолинейно (с постоянной векторной скоростью), также является инерциальной. Из этого следует, что существует бесконечное множество ИСО.

3. Принцип относительности Галилея. Все законы классической механики выглядят одинаково (инвариантны) во всех инерциальных системах отсчёта. Это означает, что никакими механическими экспериментами, проведёнными внутри замкнутой системы, невозможно установить, покоится ли она или движется равномерно и прямолинейно.

Неинерциальные системы отсчёта. Системы отсчёта, которые движутся с ускорением относительно инерциальных систем, называются неинерциальными. В них первый закон Ньютона не выполняется. Для описания движения в таких системах приходится вводить фиктивные силы, или силы инерции (например, центробежную силу, силу Кориолиса), которые не обусловлены взаимодействием с другими телами.

Примеры. В реальности найти идеальную ИСО невозможно, так как все объекты во Вселенной находятся в постоянном движении и взаимодействии. Однако с высокой степенью точности в качестве ИСО можно принять гелиоцентрическую систему отсчёта (с началом в центре масс Солнечной системы и осями, направленными на далёкие звёзды). Для решения большинства инженерных и физических задач на планете, систему отсчёта, связанную с поверхностью Земли, можно считать инерциальной. Но при рассмотрении крупномасштабных явлений (движение циклонов, полёт баллистических ракет, морские течения) необходимо учитывать неинерциальность Земли из-за её суточного вращения.

Ответ: Инерциальная система отсчёта — это система отсчёта, в которой справедлив первый закон Ньютона (закон инерции). Тело в такой системе сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют силы или их действие скомпенсировано. Любая система, движущаяся относительно инерциальной равномерно и прямолинейно, также инерциальна. Все законы механики во всех ИСО одинаковы. На практике гелиоцентрическая система отсчёта является хорошим приближением ИСО, а система, связанная с Землёй, — лишь приблизительно инерциальна.