Номер 1, страница 112 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Творческие задания. Параграф 25. Применение законов Ньютона. 3. Динамика материальной точки. Механика - номер 1, страница 112.

Условие.

1. Необходимо ли при исследовании химических, биологических, географических, математических, филологических объектов использовать инерциальную и не-инерциальную системы отсчёта? Ответ аргументируйте на конкретных примерах.

Решение.

Решение

Понятия инерциальной (ИСО) и неинерциальной (НИСО) систем отсчёта являются фундаментальными в физике, в частности, в механике. Необходимость их использования при исследовании объектов из других наук зависит от того, описывается ли в рамках исследования движение этих объектов (или их частей) в пространстве, и насколько существенны эффекты, связанные с ускоренным движением системы отсчёта.

При исследовании химических объектов

В большинстве случаев при проведении химических экспериментов в лабораторных условиях (например, синтез веществ, титрование, изучение скорости реакции) систему отсчёта, связанную с лабораторией, можно с высокой точностью считать инерциальной. Эффекты, связанные с вращением Земли (силы инерции, такие как сила Кориолиса), пренебрежимо малы для масштабов пробирки или колбы и не влияют на протекание химических реакций.
Однако существуют ситуации, когда использование неинерциальной системы отсчёта необходимо.
Пример: Центрифугирование. Центрифуга используется для разделения смесей на компоненты под действием центробежной силы. Система отсчёта, связанная с вращающимся ротором центрифуги, является неинерциальной. Именно в этой системе отсчёта удобно описывать движение частиц, так как на них действует «фиктивная» центробежная сила инерции, отбрасывающая более плотные компоненты к периферии. Описание этого процесса в ИСО было бы значительно сложнее.

Ответ: Да, в некоторых случаях необходимо. Хотя для большинства лабораторных химических исследований достаточно приближения ИСО, для описания процессов в быстро вращающихся системах, таких как центрифуги, необходимо использовать НИСО.

При исследовании биологических объектов

Аналогично химии, для многих биологических исследований на микро- и макроуровне (изучение клетки под микроскопом, наблюдение за ростом растения) лабораторную систему отсчёта можно считать инерциальной.
Тем не менее, для понимания ряда биологических явлений необходимо учитывать неинерциальность систем отсчёта.
Пример 1: Вестибулярный аппарат человека и животных. Этот орган чувств реагирует на ускорение, как на линейное, так и на угловое. По сути, он является биологическим акселерометром, и его работа напрямую связана с определением движения тела в пространстве, то есть с анализом движения в неинерциальной системе отсчёта, связанной с головой.
Пример 2: Миграция животных и полёт птиц. На больших расстояниях на траекторию движения животных и птиц оказывает влияние сила Кориолиса, возникающая из-за вращения Земли. Это отклонение необходимо учитывать при моделировании дальних миграций.

Ответ: Да, необходимо. Для описания работы органов равновесия или крупномасштабных явлений, таких как миграция животных, требуется учёт эффектов неинерциальных систем отсчёта.

При исследовании географических объектов

Для географии использование неинерциальной системы отсчёта, связанной с вращающейся Землёй, является не просто возможным, а абсолютно необходимым. Многие глобальные процессы на планете невозможно объяснить, считая Землю инерциальной системой отсчёта.
Пример 1: Глобальная циркуляция атмосферы и океана. Сила Кориолиса, являющаяся силой инерции в НИСО, отклоняет воздушные и водные потоки (в Северном полушарии — вправо, в Южном — влево). Это приводит к формированию циклонов, антициклонов, пассатов и глобальных океанических течений (например, Гольфстрима).
Пример 2: Эффект маятника Фуко. Наблюдаемое вращение плоскости колебаний маятника является прямым доказательством вращения Земли и описывается именно в неинерциальной системе отсчёта, связанной с поверхностью планеты.

Ответ: Да, абсолютно необходимо. Ключевые географические и климатические явления (движение воздушных масс, океанические течения) определяются силами инерции, существующими в неинерциальной системе отсчёта, связанной с вращающейся Землёй.

При исследовании математических объектов

Математические объекты (числа, функции, геометрические фигуры, логические утверждения) являются абстрактными сущностями. Они не существуют в физическом пространстве, не обладают массой, скоростью или ускорением. Движение для них не определено в физическом смысле.
Пример: Теорема Пифагора $a^2 + b^2 = c^2$ верна независимо от того, в какой системе отсчёта её рассматривают, потому что она описывает соотношение между сторонами идеального прямоугольного треугольника, а не физического объекта.
Понятия ИСО и НИСО относятся к описанию движения материальных тел и к математическим объектам неприменимы. Математика может предоставлять аппарат для описания движения в любых системах отсчёта, но сами её объекты индифферентны к этим физическим понятиям.

Ответ: Нет, не необходимо. Понятия инерциальных и неинерциальных систем отсчёта неприменимы к абстрактным математическим объектам.

При исследовании филологических объектов

Филология изучает язык и тексты. Объекты её исследования — слова, морфемы, синтаксические конструкции, литературные произведения. Эти объекты являются информационными, культурными и социальными, но не физическими. Они не движутся в пространстве и не подчиняются законам механики.
Пример: Анализ грамматической структуры предложения «Солнце встаёт на востоке» никак не связан с тем, движется ли наблюдатель, произносящий эту фразу, равномерно или с ускорением. Смысл и структура предложения остаются неизменными.

Ответ: Нет, не необходимо. Системы отсчёта — это физическое понятие, которое совершенно нерелевантно для исследования языка, текстов и других объектов филологии.