Номер 1, страница 276 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Параграф 4.1. Неинерциальные системы отсчёта. Глава 4. Неинерциальные системы отсчёта. Силы инерции. Динамика - номер 1, страница 276.

Условие.

? Почему необходимо изменить законы Ньютона, чтобы они выполнялись в неинерциальных системах отсчёта?

Решение.

Решение

Законы Ньютона в своей исходной формулировке справедливы только в инерциальных системах отсчёта (ИСО). По определению, инерциальная система отсчёта — это система, в которой выполняется первый закон Ньютона (закон инерции): тело, на которое не действуют никакие силы или их действие скомпенсировано, находится в состоянии покоя или движется равномерно и прямолинейно.

Неинерциальные системы отсчёта (НИСО) — это системы, которые движутся с ускорением относительно инерциальных. В таких системах первый закон Ньютона нарушается. Например, для пассажира в резко тормозящем автобусе (который является НИСО) кажется, что на него действует сила, толкающая его вперёд. Он получает ускорение относительно автобуса, хотя никакая реальная сила (вроде толчка другого объекта) в этом направлении на него не действует. С точки зрения наблюдателя в НИСО, возникает ускорение без приложенной силы, что напрямую противоречит второму закону Ньютона в его классической форме $\sum \vec{F} = m\vec{a}$.

Чтобы сохранить формальную применимость законов Ньютона в НИСО, в уравнение движения вводят так называемые силы инерции. Эти силы не являются результатом физического взаимодействия тел, а представляют собой математическую поправку, которая учитывает ускорение самой системы отсчёта. Поэтому их также называют фиктивными силами или псевдосилами.

В результате второй закон Ньютона для неинерциальной системы отсчёта модифицируется и принимает вид: $m\vec{a}' = \sum \vec{F}_{реал} + \vec{F}_{ин}$. В этом уравнении $\vec{a}'$ — это ускорение тела относительно НИСО, $\sum \vec{F}_{реал}$ — это векторная сумма всех реальных сил взаимодействия, а $\vec{F}_{ин}$ — это векторная сумма всех сил инерции. Основными силами инерции являются: сила, связанная с поступательным ускорением системы, центробежная сила и сила Кориолиса, которые проявляются во вращающихся системах.

Таким образом, "изменение" законов Ньютона сводится к добавлению в уравнение движения сил инерции. Эта модификация позволяет использовать привычный математический аппарат для описания движения и решения задач в неинерциальных системах отсчёта.

Ответ: Законы Ньютона необходимо изменять (дополнять) при переходе в неинерциальные системы отсчёта, поскольку в этих системах на тела действуют кажущиеся ускорения, которые не вызваны реальными физическими взаимодействиями, а обусловлены собственным ускорением системы. Чтобы сохранить математическую форму второго закона Ньютона, в уравнение движения вводятся фиктивные "силы инерции", которые компенсируют эффект ускорения системы отсчёта.