Номер 4, страница 44 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

4. Дайте современную формулировку первого закона Ньютона.

3. Что за опыт изображённый на рисунке 23, и какие выводы из него следуют?

Решение:

Поскольку изображение с рисунком 23 отсутствует, но вопрос находится в контексте первого закона Ньютона, можно с большой уверенностью предположить, что речь идёт о мысленном эксперименте Галилео Галилея, который послужил основой для закона инерции.

Суть эксперимента заключается в следующем: небольшой шарик скатывается без начальной скорости с наклонной плоскости высотой $h_1$ и затем поднимается по другой наклонной плоскости.

- В идеализированном случае, когда трением можно пренебречь, шарик поднимется по второй плоскости точно на ту же высоту $h_2 = h_1$, с которой он начал движение.

- Если уменьшать угол наклона второй плоскости к горизонту, шарик для достижения исходной высоты должен будет проходить всё больший и больший путь.

- В предельном случае, когда вторая плоскость будет расположена горизонтально (угол наклона равен нулю), шарик никогда не сможет достичь своей первоначальной высоты. Следовательно, при отсутствии сил трения он будет продолжать двигаться по этой плоскости равномерно и прямолинейно бесконечно долго.

Из этого мысленного эксперимента следуют два важнейших вывода:

1. Для поддержания движения тела с постоянной скоростью не требуется внешняя сила. Сила является причиной изменения скорости (то есть ускорения), а не причиной самого движения.

2. Если на тело не действуют никакие силы или их действие взаимно скомпенсировано, оно будет сохранять свою скорость неизменной (то есть либо покоиться, либо двигаться равномерно и прямолинейно). Этот принцип и есть закон инерции.

Ответ: На рисунке, вероятно, изображён мысленный эксперимент Галилея с шариком и наклонными плоскостями. Главный вывод из него заключается в том, что при отсутствии внешних сил (или при их компенсации) тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Этот принцип называется законом инерции и лежит в основе первого закона Ньютона.

4. Дайте современную формулировку первого закона Ньютона.

Решение:

Первый закон Ньютона, или закон инерции, устанавливает условия, при которых тело сохраняет свою скорость постоянной, и вводит фундаментальное понятие инерциальной системы отсчёта. Современная формулировка отличается от исторической (изложенной в "Началах" Ньютона) большей строгостью и явным постулированием существования таких систем отсчёта.

Формулировка: Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальная точка (тело), при отсутствии внешних воздействий (или при их полной взаимной компенсации), сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

Математически это условие можно выразить так:

Если равнодействующая всех сил, приложенных к телу, равна нулю ($\sum \vec{F} = 0$), то его ускорение также равно нулю ($\vec{a} = 0$), что означает, что вектор скорости постоянен ($\vec{v} = \text{const}$).

Ответ: Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, в которых тело движется с постоянной скоростью (включая нулевую), если на него не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано.

5. Какие системы отсчёта называют инерциальными?

Решение:

Понятие инерциальной системы отсчёта (ИСО) неразрывно связано с первым законом Ньютона и является одним из ключевых в классической механике.

Инерциальной системой отсчёта называется система отсчёта, в которой выполняется закон инерции (первый закон Ньютона). Иными словами, это такая система отсчёта, в которой любое тело, на которое не действуют внешние силы (такое тело называют свободным), движется равномерно и прямолинейно или находится в состоянии покоя.

Важным свойством является то, что любая другая система отсчёта, движущаяся относительно данной ИСО поступательно, равномерно и прямолинейно, также является инерциальной. Напротив, системы отсчёта, движущиеся с ускорением или вращающиеся относительно ИСО, являются неинерциальными, и в них закон инерции в простой форме не выполняется (для их описания вводятся так называемые силы инерции).

Ответ: Инерциальными системами отсчёта называют системы, относительно которых тело, свободное от внешних воздействий, сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.