Номер 8, страница 65 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Механика. Глава 2. Динамика. Параграф 7. Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира - номер 8, страница 65.

Условие.

8. Для рассмотрения движения каких тел систему отсчёта, связанную с Землей, можно считать инерциальной системой отсчёта, а для каких — нельзя?

Решение.

Инерциальная система отсчёта (ИСО) — это система, в которой выполняется первый закон Ньютона: тело, на которое не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано, сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

Система отсчёта, связанная с Землёй, строго говоря, не является инерциальной, поскольку Земля участвует как минимум в двух видах вращательного (то есть ускоренного) движения: суточном вращении вокруг своей оси и годовом вращении вокруг Солнца. Эти движения приводят к появлению сил инерции, таких как центробежная сила и сила Кориолиса.

Однако в большинстве практических задач, особенно тех, что рассматриваются в школьном курсе физики, неинерциальностью Земли можно пренебречь. Критерием применимости такого допущения служат пространственные и временные масштабы рассматриваемого движения.

Для рассмотрения движения каких тел систему отсчёта, связанную с Землёй, можно считать инерциальной

Систему отсчёта, связанную с Землёй, можно считать инерциальной с высокой степенью точности при рассмотрении движений, которые происходят в течение коротких промежутков времени и на расстояниях, значительно меньших радиуса Земли. В этих условиях силы инерции, вызванные вращением Земли, настолько малы, что их влиянием на движение тел можно пренебречь.

Примерами таких движений являются: движение автомобилей, поездов и пешеходов; полёт брошенного камня или мяча; падение тел вблизи поверхности Земли; большинство механических явлений, изучаемых в школьной лаборатории. Во всех этих случаях ускорения тел, вызванные силами тяжести, трения, упругости и т.д., значительно превышают центростремительное ускорение, обусловленное вращением Земли, которое даже на экваторе составляет всего около $a_c \approx 0.034 \text{ м/с}^2$.

Для рассмотрения движения каких тел систему отсчёта, связанную с Землёй, нельзя считать инерциальной

Учитывать неинерциальность земной системы отсчёта необходимо при анализе явлений, которые охватывают большие пространства (сотни и тысячи километров) и/или продолжаются длительное время (часы и сутки). В таких масштабах сила Кориолиса и центробежная сила оказывают существенное влияние на траекторию движения.

К таким явлениям относятся: движение воздушных масс в атмосфере (формирование ветров, циклонов и антициклонов) и воды в океанах (океанические течения); полёт баллистических ракет большой дальности и артиллерийских снарядов; движение искусственных спутников Земли, для расчёта орбит которых используют геоцентрическую невращающуюся систему отсчёта; поведение маятника Фуко, плоскость колебаний которого медленно поворачивается, наглядно демонстрируя вращение Земли.

Ответ: Систему отсчёта, связанную с Землёй, можно считать инерциальной для описания движений, происходящих на небольших расстояниях и за короткие промежутки времени (например, движение транспорта, падение предметов, спортивные игры). Нельзя считать её инерциальной при рассмотрении крупномасштабных и длительных явлений, где эффекты вращения Земли становятся существенными (например, движение воздушных масс и океанских течений, полёт баллистических ракет, поведение маятника Фуко).