Номер 5, страница 63 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 1. Законы механики. Параграф 14. Третий закон Ньютона. Вопросы для самопроверки - номер 5, страница 63.

Условие.

5. Сформулируйте принцип относительности Галилея.

Решение.

Принцип относительности Галилея, также известный как классический принцип относительности, является одним из фундаментальных принципов классической механики. Он был сформулирован Галилео Галилеем в XVII веке.

Основная формулировка принципа звучит так: во всех инерциальных системах отсчета все механические законы и уравнения движения имеют одинаковый вид.

Это означает, что никакими механическими опытами, проведенными внутри замкнутой системы, невозможно установить, находится ли эта система в состоянии покоя или движется равномерно и прямолинейно. Все механические явления в такой системе будут протекать абсолютно одинаково.

Для понимания принципа важно определить понятие инерциальной системы отсчета (ИСО). Это система отсчета, в которой справедлив первый закон Ньютона (закон инерции): тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано. Любая система отсчета, движущаяся относительно ИСО поступательно, равномерно и прямолинейно, также является инерциальной.

Галилей иллюстрировал свой принцип знаменитым мысленным экспериментом с кораблем. Если наблюдатель находится в закрытой каюте корабля, плывущего по спокойному морю с постоянной скоростью, он не сможет с помощью каких-либо механических экспериментов (наблюдая за падением капель, полетом мух, движением брошенных предметов) определить, движется ли корабль или стоит на месте.

Математически инвариантность (неизменность) законов механики при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой выражается с помощью преобразований Галилея. Для двух ИСО, K и K', где K' движется относительно K со скоростью $\text{v}$ вдоль оси X, преобразования координат и времени выглядят так (при условии, что в момент $t=t'=0$ их начала координат совпадали): $x' = x - vt$, $y' = y$, $z' = z$, $t' = t$.

Из этих преобразований следует классический закон сложения скоростей. Важным следствием принципа является то, что ускорение тела инвариантно, то есть одинаково во всех инерциальных системах отсчета. Так как второй закон Ньютона $ \vec{F} = m\vec{a} $ связывает силу и ускорение, а масса $\text{m}$ и ускорение $\vec{a}$ инвариантны при преобразованиях Галилея, то и сам закон имеет одинаковую форму во всех ИСО.

Принцип относительности Галилея является краеугольным камнем классической механики, но его применимость ограничена скоростями, значительно меньшими скорости света. В начале XX века он был обобщен Альбертом Эйнштейном в специальной теории относительности, где был сформулирован более общий принцип относительности, справедливый также и для электромагнитных явлений.

Ответ: Принцип относительности Галилея утверждает, что все законы механики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Следовательно, никакими механическими опытами, проведенными в замкнутой системе, невозможно отличить состояние покоя от состояния равномерного и прямолинейного движения.