Номер 5, страница 78 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Механика. Глава 3. Динамика. Параграф 15. Третий закон Ньютона. Принцип относительности Галилея. Вопросы - номер 5, страница 78.

Условие.

5. В каких системах отсчёта вводят понятие сил инерции?

Решение.

5. Решение

Понятие сил инерции вводят в неинерциальных системах отсчёта (НИСО).

Системы отсчёта в механике делятся на два основных типа:

1. Инерциальные системы отсчёта (ИСО). В этих системах отсчёта справедлив первый закон Ньютона (закон инерции): тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано. Ускорение тела в ИСО всегда вызывается действием реальных сил, возникающих в результате взаимодействия с другими телами (например, сила тяжести, сила упругости, сила трения). Второй закон Ньютона в ИСО имеет вид: $m\vec{a} = \sum\vec{F}$.

2. Неинерциальные системы отсчёта (НИСО). Это системы отсчёта, которые движутся с ускорением относительно инерциальных систем (поступательно или вращательно). В таких системах первый закон Ньютона не выполняется. Наблюдатель, находящийся в НИСО, может зафиксировать ускорение у тел даже при отсутствии каких-либо реальных сил, действующих на них.

Чтобы можно было применять второй закон Ньютона и в неинерциальных системах отсчёта, вводят так называемые силы инерции. Это фиктивные (или псевдосилы), которые не связаны с реальным взаимодействием тел. Они вводятся искусственно, чтобы «объяснить» ускорение тел, наблюдаемое в НИСО.

Если НИСО движется поступательно с ускорением $\vec{a}_0$ относительно ИСО, то на любое тело массой $\text{m}$ в этой системе отсчёта действует сила инерции $\vec{F}_{\text{ин}}$, равная:

$\vec{F}_{\text{ин}} = -m\vec{a}_0$

Знак «минус» показывает, что сила инерции всегда направлена в сторону, противоположную ускорению самой системы отсчёта. Тогда уравнение второго закона Ньютона в НИСО можно записать в форме, аналогичной его форме в ИСО:

$m\vec{a}_{\text{отн}} = \sum\vec{F} + \vec{F}_{\text{ин}}$

где $\vec{a}_{\text{отн}}$ — ускорение тела относительно неинерциальной системы, а $\sum\vec{F}$ — сумма всех реальных сил, действующих на тело.

Примеры сил инерции:

- Сила, которая «вдавливает» пассажира в спинку сиденья при разгоне автомобиля.

- Центробежная сила, которая «отбрасывает» тело от центра при движении по окружности (если рассматривать движение во вращающейся системе отсчёта).

- Сила Кориолиса, действующая на тела, которые движутся во вращающихся системах отсчёта.

Ответ: Понятие сил инерции вводят для описания движения тел в неинерциальных системах отсчёта, то есть в системах, движущихся с ускорением относительно инерциальных.