Номер 2, страница 73 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 20. Первый закон Ньютона. Глава 2. Законы механики Ньютона - номер 2, страница 73.

Условие.

Решение 3.

Решение

Вопрос о природе силы инерции является фундаментальным в классической механике и затрагивает различие между реальными (физическими) и фиктивными (или псевдо-) силами.

В физике, когда говорят о природе силы, обычно имеют в виду источник её возникновения — физическое взаимодействие между телами. Например, природа силы тяжести — гравитационное взаимодействие, природа силы упругости — электромагнитное взаимодействие между атомами и молекулами вещества. Все эти реальные силы подчиняются третьему закону Ньютона: для каждой силы действия существует равная по модулю и противоположная по направлению сила противодействия, приложенная к другому телу.

Силы инерции, в свою очередь, не являются результатом взаимодействия тел. Они появляются только тогда, когда мы описываем движение в неинерциальной системе отсчёта (то есть в системе, которая движется с ускорением относительно инерциальной). Эти силы вводятся искусственно, чтобы формально сохранить применимость второго закона Ньютона в привычном виде.

Рассмотрим классический пример: пассажир в автобусе, который резко начинает движение вперёд.

• С точки зрения наблюдателя на остановке (инерциальная система отсчёта), на пассажира действует только одна реальная сила в горизонтальном направлении — сила со стороны спинки сиденья, которая и заставляет его ускоряться вместе с автобусом. Само тело пассажира, обладая инерцией (свойством сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения), «сопротивляется» этому изменению скорости. Никакой силы, толкающей пассажира назад, нет.
• С точки зрения самого пассажира внутри автобуса (неинерциальная система отсчёта), он ощущает, как его «вжимает» в спинку кресла. Чтобы объяснить, почему он, находясь в покое относительно автобуса, испытывает это давление, вводится фиктивная сила инерции, направленная против ускорения автобуса. Эта сила как бы уравновешивает реальную силу со стороны спинки сиденья.

Ключевые отличия силы инерции от реальной силы:

1. Отсутствие источника взаимодействия. Нет никакого тела, которое бы действовало на пассажира и создавало эту силу инерции. Она возникает исключительно из-за ускорения самой системы отсчёта.
2. Неподчинение третьему закону Ньютона. У силы инерции нет пары «действие-противодействие». Если сила инерции «действует» на пассажира, то нет никакого тела, на которое действовала бы равная и противоположно направленная сила со стороны пассажира.

Таким образом, природа силы инерции не физическая, а кинематическая. Это не сила в привычном понимании, а скорее проявление свойства инертности тел, наблюдаемое в ускоренной системе отсчёта. Её величина зависит от массы тела $m$ и ускорения $ \vec{a}_{0} $ самой системы отсчёта: $ \vec{F}_{ин} = -m\vec{a}_{0} $.

Ответ: Говорить о физической природе силы инерции некорректно, поскольку она не является результатом взаимодействия между телами. Силы инерции — это фиктивные (кажущиеся) силы, которые вводятся для удобства описания движения в неинерциальных системах отсчёта. Их «природа» является чисто кинематической — они возникают как следствие ускоренного движения самой системы отсчёта.