Номер 1, страница 284 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Параграф 4.4. Вращающиеся системы отсчёта. Центробежная сила инерции. Глава 4. Неинерциальные системы отсчёта. Силы инерции. Динамика - номер 1, страница 284.

Условие.

? 1. Какова природа сил инерции? Ответ аргументируйте.

Решение.

1. Какова природа сил инерции? Ответ аргументируйте.

Силы инерции не являются силами в привычном, ньютоновском понимании этого слова. Их природа не связана с физическим взаимодействием тел (гравитационным, электромагнитным и т.д.). Силы инерции – это так называемые фиктивные или псевдосилы, которые вводятся для формального описания движения тел в неинерциальных системах отсчета (то есть в системах, движущихся с ускорением относительно инерциальных систем).

По своей сути, силы инерции являются проявлением закона инерции (первого закона Ньютона). Тело по своей природе (из-за наличия у него массы, которая является мерой инертности) стремится сохранить состояние своего движения — покоя или равномерного прямолинейного движения. Когда система отсчета, связанная с наблюдателем, начинает двигаться ускоренно, наблюдателю кажется, что на находящиеся в этой системе тела начинает действовать некая сила, вызывающая их ускорение относительно этой системы. На самом деле, это не тела ускоряются под действием новой силы, а сама система отсчета ускоряется относительно тел.

Например, когда автобус резко трогается с места, пассажиров «вжимает» в спинки сидений. В инерциальной системе отсчета, связанной с Землей, все просто: тело пассажира по инерции стремится остаться на месте, а автобус начинает двигаться вперед. Спинка сиденья действует на пассажира с реальной силой, заставляя его ускоряться вместе с автобусом. Однако в неинерциальной системе отсчета, связанной с автобусом, пассажир изначально покоится. Чтобы объяснить его движение назад (относительно автобуса), вводят фиктивную силу инерции, направленную против ускорения автобуса и равную по модулю $F_{ин} = -ma$, где $m$ – масса пассажира, а $a$ – ускорение автобуса.

Аргументация:
Ключевым аргументом, доказывающим фиктивную природу сил инерции, является то, что для них не выполняется третий закон Ньютона. Любая реальная сила (сила действия) возникает в результате взаимодействия тел, и ей всегда соответствует равная по модулю и противоположная по направлению сила противодействия, приложенная к другому телу. У сил инерции нет «источника» в виде другого тела, на которое действовала бы сила противодействия. Сила инерции, «действующая» на пассажира в автобусе, не приложена со стороны какого-либо другого тела. Следовательно, не существует и ответной реакции. Их возникновение обусловлено не взаимодействием, а исключительно свойством самой системы отсчета – ее ускоренным движением.

Ответ: Силы инерции — это фиктивные силы, не обусловленные взаимодействием тел. Они вводятся в неинерциальных системах отсчета для того, чтобы в них формально выполнялись законы Ньютона. Природа этих сил заключается в свойстве инертности самих тел, то есть их стремлении сохранять свое состояние движения. Основной аргумент, подтверждающий их фиктивность, — для сил инерции не выполняется третий закон Ньютона, так как у них отсутствует тело-источник и, соответственно, нет силы противодействия.