Номер 5, страница 93 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Механика. Глава 3. Динамика. Параграф 14. Закон инерции. Инерциальная система отсчёта. Первый закон Ньютона. Вопросы - номер 5, страница 93.

Условие.

5. Приведите свой пример неинерциальной системы отсчёта.

Решение.

Неинерциальная система отсчёта (НСО) — это система отсчёта, которая движется с ускорением относительно инерциальной системы. В такой системе не выполняется первый закон Ньютона, и для описания движения тел необходимо вводить фиктивные силы, или силы инерции.

В качестве примера неинерциальной системы отсчёта можно рассмотреть кабину лифта, которая начинает движение вверх с ускорением.

Когда лифт начинает подниматься, он движется с ускорением $a$, направленным вверх. Система отсчёта, связанная с кабиной лифта, становится неинерциальной.

Для наблюдателя, находящегося вне лифта (в инерциальной системе отсчёта, связанной со зданием), пассажир внутри лифта также движется вверх с ускорением $a$. Это ускорение создаётся силой реакции опоры (пола лифта), которая превышает силу тяжести, действующую на пассажира. По второму закону Ньютона: $N - mg = ma$, где $N$ — сила реакции опоры, $m$ — масса пассажира, $g$ — ускорение свободного падения.

Однако для самого пассажира внутри лифта (в неинерциальной системе отсчёта) он неподвижен относительно кабины. При этом он ощущает, что его вес увеличился — пол давит на него сильнее. Чтобы объяснить это состояние покоя в условиях возросшей силы реакции опоры, вводится сила инерции $F_{ин}$, направленная в сторону, противоположную ускорению лифта, то есть вниз. Величина этой силы равна $ma$. Тогда условие равновесия для пассажира в системе отсчёта лифта запишется как $N - mg - F_{ин} = 0$, или $N = mg + ma$.

Поскольку для объяснения явлений в системе отсчёта, связанной с ускоряющимся лифтом, требуется введение силы инерции, эта система является неинерциальной. То же самое справедливо для лифта, который тормозит при движении вверх, начинает движение вниз или тормозит при движении вниз, а также для любого вращающегося тела, например, карусели.

Ответ: Примером неинерциальной системы отсчёта является кабина лифта, которая начинает движение или останавливается, так как в эти моменты она движется с ускорением.