Номер 1, страница 40 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

1. В каких системах отсчёта не выполняется второй закон Ньютона?

1. Решение

Второй закон Ньютона, который устанавливает связь между приложенной к телу силой, его массой и ускорением, выполняется не во всех системах отсчёта. Он справедлив только в так называемых инерциальных системах отсчёта (ИСО). Это такие системы, относительно которых тело, на которое не действуют никакие силы (или их действие скомпенсировано), сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Это утверждение является содержанием первого закона Ньютона, который, по сути, постулирует существование ИСО. Второй закон Ньютона $\vec{F} = m\vec{a}$ связывает равнодействующую всех реальных сил $\vec{F}$, приложенных к телу, с его массой $\text{m}$ и ускорением $\vec{a}$ именно в такой, инерциальной, системе отсчёта.

Системы отсчёта, в которых второй закон Ньютона не выполняется, называются неинерциальными (НСО). Неинерциальная система отсчёта — это любая система, которая движется с ускорением относительно инерциальной системы. Это может быть как поступательное движение с переменной скоростью, так и вращательное движение.

В неинерциальных системах отсчёта ускорение тела не определяется только суммой реальных сил, приложенных к нему. Наблюдатель в НСО видит, что тела могут приобретать ускорение "без причины", то есть без воздействия на них реальных сил. Например, если вы находитесь в автомобиле, который резко тормозит, то лежащий на сиденье телефон начнёт скользить вперёд. Относительно автомобиля (НСО) телефон приобрёл ускорение, хотя никакая реальная сила вперёд его не толкала.

Чтобы формально можно было применять уравнение, похожее на второй закон Ньютона, в НСО вводят так называемые силы инерции (или фиктивные силы). Эти силы не обусловлены взаимодействием тел, а являются следствием ускоренного движения самой системы отсчёта. С учётом сил инерции $\vec{F}_{ин}$ уравнение движения в НСО можно записать в виде $m\vec{a}_{отн} = \sum \vec{F}_{реал} + \vec{F}_{ин}$, где $\vec{a}_{отн}$ — ускорение тела относительно НСО.

Примерами неинерциальных систем отсчёта являются: автомобиль, разгоняющийся, тормозящий или совершающий поворот; кабина лифта в моменты начала и конца движения; карусель; планета Земля (из-за её суточного вращения и обращения вокруг Солнца, хотя для решения многих задач её неинерциальностью можно пренебречь).

Ответ: Второй закон Ньютона не выполняется в неинерциальных системах отсчёта, то есть в системах, которые движутся с ускорением (поступательно или вращательно) относительно инерциальных систем.