Номер 4, страница 78 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Механика. Глава 3. Динамика. Параграф 15. Третий закон Ньютона. Принцип относительности Галилея. Вопросы - номер 4, страница 78.

Условие.

4. В чём состоит физическая сущность принципа относительности Галилея?

Решение.

Физическая сущность принципа относительности Галилея заключается в утверждении, что все механические явления протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчёта. Это означает, что никакими механическими опытами, проведёнными внутри замкнутой системы, невозможно установить, находится ли эта система в состоянии покоя или движется равномерно и прямолинейно.

В основе принципа лежит понятие инерциальной системы отсчёта (ИСО) — это такая система, в которой выполняется закон инерции (первый закон Ньютона). Тело в ИСО сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют силы или их действие скомпенсировано. Важно, что любая система отсчёта, которая движется относительно какой-либо ИСО равномерно и прямолинейно, также является инерциальной.

Главное следствие этого — инвариантность (неизменность) законов механики при переходе от одной ИСО к другой. Математически это выражается в том, что уравнения механики, например, второй закон Ньютона $ \vec{F} = m\vec{a} $, имеют одинаковый вид во всех ИСО. Это связано с тем, что ускорение тела $ \vec{a} $ не меняется при таком переходе. Если одна система отсчёта K' движется относительно другой системы K с постоянной скоростью $ \vec{V} $, то скорости тела в этих системах связаны соотношением $ \vec{v'} = \vec{v} - \vec{V} $, а ускорения оказываются одинаковыми: $ \vec{a'} = \frac{d\vec{v'}}{dt} = \frac{d(\vec{v} - \vec{V})}{dt} = \frac{d\vec{v}}{dt} = \vec{a} $. Поскольку силы в классической механике также считаются инвариантными, форма закона $ \vec{F} = m\vec{a} $ сохраняется.

Из этого принципа вытекает невозможность определить абсолютное движение. Не существует привилегированной, "абсолютно неподвижной" системы отсчёта. Понятия движения и покоя относительны. Классический мысленный эксперимент Галилея иллюстрирует это: находясь в закрытой каюте корабля, плывущего по спокойному морю без качки, вы не сможете с помощью каких-либо механических опытов (наблюдая за полётом мух, падением капель воды, движением рыбок в аквариуме) определить, стоит ли корабль на месте или движется с постоянной скоростью.

Таким образом, все инерциальные системы отсчёта являются полностью равноправными (эквивалентными) с точки зрения механики.

Ответ: Физическая сущность принципа относительности Галилея заключается в том, что все законы классической механики одинаковы во всех инерциальных системах отсчёта. Это означает, что результат любого механического эксперимента не зависит от того, в какой из инерциальных систем он проводится, и никакими механическими опытами невозможно отличить покой от равномерного прямолинейного движения. Все инерциальные системы отсчёта механически эквивалентны.