Номер 1, страница 52 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

1. На столе в равномерно и прямолинейно движущемся поезде стоит легкоподвижный игрушечный автомобиль. При торможении поезда автомобиль без внешнего воздействия покатился вперёд, сохраняя свою скорость относительно поверхности Земли.

Выполняется ли закон инерции: а) в системе отсчёта, связанной с Землёй; б) в системе отсчёта, связанной с поездом, во время его прямолинейного и равномерного движения; во время торможения?

Можно ли в описанном случае считать инерциальной систему отсчёта, связанную с Землёй; с поездом?

а) в системе отсчёта, связанной с Землёй

Закон инерции (первый закон Ньютона) утверждает, что тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано. В данном случае, когда поезд тормозит, игрушечный автомобиль, согласно условию, продолжает движение "без внешнего воздействия, сохраняя свою скорость относительно поверхности Земли". Это означает, что в системе отсчёта, связанной с Землёй, автомобиль движется с постоянной скоростью, так как на него не действуют внешние силы в горизонтальном направлении (силой трения качения можно пренебречь). Такое поведение полностью соответствует закону инерции.

Ответ: Да, в системе отсчёта, связанной с Землёй, закон инерции выполняется.

б) в системе отсчёта, связанной с поездом, во время его прямолинейного и равномерного движения; во время торможения?

Во время прямолинейного и равномерного движения поезда: В этот период система отсчёта, связанная с поездом, движется с постоянной скоростью относительно Земли. В этой системе отсчёта автомобиль покоится ($v_{отн} = 0$), и равнодействующая всех сил, приложенных к нему, равна нулю. Тело находится в покое при отсутствии действия сил, что соответствует закону инерции.

Во время торможения: Поезд движется с отрицательным ускорением относительно Земли. Система отсчёта, связанная с поездом, становится неинерциальной. Относительно поезда автомобиль, который изначально покоился, начинает двигаться вперёд с ускорением, хотя никакая реальная сила в горизонтальном направлении на него не действует. Изменение скорости тела без действия силы противоречит закону инерции.

Ответ: Во время прямолинейного и равномерного движения закон инерции выполняется. Во время торможения — не выполняется.

Можно ли в описанном случае считать инерциальной систему отсчёта, связанную с Землёй; с поездом?

Инерциальная система отсчёта (ИСО) — это система, в которой выполняется закон инерции.

Система отсчёта, связанная с Землёй: Как было показано в пункте а), в этой системе закон инерции для автомобиля выполняется. Поэтому в рамках данной задачи систему отсчёта, связанную с Землёй, можно считать инерциальной.

Система отсчёта, связанная с поездом: Эту систему можно считать инерциальной только тогда, когда она движется равномерно и прямолинейно относительно другой ИСО (в данном случае — Земли). В момент торможения поезд движется с ускорением, поэтому связанная с ним система отсчёта является неинерциальной.

Ответ: Систему отсчёта, связанную с Землёй, можно считать инерциальной. Систему отсчёта, связанную с поездом, можно считать инерциальной только во время его равномерного и прямолинейного движения, но не во время торможения.