Alte Philosophen versuchten, das Wesen der Bewegung zu verstehen, um den Einfluss der Sterne und der Sonne auf eine Person aufzudecken. Darüber hinaus haben die Menschen immer versucht, die Kräfte zu identifizieren, die auf einen materiellen Punkt im Prozess seiner Bewegung sowie in einem Moment der Ruhe wirken.
Aristoteles glaubte, dass der Körper ohne Bewegung von keinerlei Kräften beeinflusst wird. Versuchen wir herauszufinden, welche Bezugsrahmen als Trägheit bezeichnet werden, wir geben Beispiele dafür.
Ruhezustand
Im Alltag ist es schwierig, einen solchen Zustand zu erkennen. Bei fast allen Arten von mechanischen Uhrwerken wird das Vorhandensein von Fremdkräften angenommen. Der Grund ist die Reibungskraft, die es vielen Objekten nicht erlaubt, ihre ursprüngliche Position zu verlassen, den Ruhezustand zu verlassen.
Betrachten wir Beispiele von Trägheitsbezugssystemen, stellen wir fest, dass sie alle dem 1. Newtonschen Gesetz entsprechen. Erst nach seiner Entdeckung war es möglich, den Ruhezustand zu erklären, die Kräfte aufzuzeigen, die in diesem Zustand auf den Körper einwirken.
Formulierung des 1. Newtonschen Gesetzes
In der modernen Interpretation erklärt er die Existenz von Koordinatensystemen, relativ zu denen man die Abwesenheit äußerer Kräfte betrachten kann, die auf einen materiellen Punkt einwirken. Aus Newtons Sicht werden Bezugssysteme als Inertialsysteme bezeichnet, die es uns erlauben, die Erh altung der Geschwindigkeit des Körpers über lange Zeit zu betrachten.
Definitionen
Welche Bezugssysteme sind inertial? Beispiele dafür werden im Schulphysikkurs untersucht. Als Trägheitsbezugssysteme gelten solche, gegenüber denen sich der materielle Punkt mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. Newton stellte klar, dass sich jeder Körper in einem ähnlichen Zustand befinden kann, solange keine Kräfte auf ihn ausgeübt werden müssen, die einen solchen Zustand ändern können.
In Wirklichkeit ist das Trägheitsgesetz nicht in allen Fällen erfüllt. Betrachten Sie bei der Analyse von Beispielen für träge und nicht träge Bezugsrahmen eine Person, die sich in einem fahrenden Fahrzeug an den Handläufen festhält. Wenn ein Auto stark bremst, bewegt sich eine Person automatisch relativ zum Fahrzeug, obwohl keine äußere Kraft vorhanden ist.
Es stellt sich heraus, dass nicht alle Beispiele eines Trägheitsbezugssystems der Formulierung des 1-Newtonschen Gesetzes entsprechen. Zur Verdeutlichung des Trägheitsgesetzes wurde eine verfeinerte Definition von Bezugssystemen eingeführt, in der es tadellos erfüllt ist.
Arten von Referenzsystemen
Welche Bezugssysteme nennt man inertial? Es wird bald klar werden. „Nenne Beispiele für Trägheitsbezugssysteme, in denen das Gesetz von 1 Newton erfüllt ist“–Eine ähnliche Aufgabe wird Schülern angeboten, die in der neunten Klasse Physik als Prüfungsfach gewählt haben. Zur Bewältigung der Aufgabe ist es notwendig, eine Vorstellung von inertialen und nicht-inertialen Bezugssystemen zu haben.
Trägheit beinh altet die Aufrechterh altung von Ruhe oder gleichförmiger geradliniger Bewegung des Körpers, solange der Körper isoliert ist. "Isolierte" Körper sind solche, die nicht verbunden sind, nicht interagieren, voneinander entfernt sind.
Betrachten wir einige Beispiele eines Trägheitsbezugssystems. Geht man von einem Stern in der Galaxie als Bezugsrahmen aus und nicht von einem fahrenden Bus, wird die Umsetzung des Trägheitsgesetzes für Passagiere, die sich an den Schienen festh alten, fehlerfrei sein.
Während des Bremsvorgangs bewegt sich dieses Fahrzeug gleichmäßig geradeaus, bis es von anderen Körpern berührt wird.
Welche Beispiele für ein Trägheitsbezugssystem kannst du nennen? Sie sollten keine Verbindung mit dem analysierten Körper haben, seine Trägheit beeinflussen.
Für solche Systeme ist Newtons 1. Gesetz erfüllt. Im wirklichen Leben ist es schwierig, die Bewegung eines Körpers relativ zu Trägheitsbezugssystemen zu berücksichtigen. Es ist unmöglich, zu einem fernen Stern zu gelangen, um von dort aus terrestrische Experimente durchzuführen.
Die Erde wird als bedingtes Referenzsystem akzeptiert, obwohl sie mit darauf platzierten Objekten verbunden ist.
Es ist möglich, die Beschleunigung im Trägheitsbezugssystem zu berechnen, wenn wir die Erdoberfläche als Bezugssystem betrachten. In der Physik gibt es keine mathematische Aufzeichnung des 1. Newtonschen Gesetzes, aber er ist die Grundlage dafürAbleitung vieler physikalischer Definitionen und Begriffe.
Beispiele für Inertialsysteme
Schüler haben manchmal Schwierigkeiten, physikalische Phänomene zu verstehen. Den Neuntklässlern wird folgende inh altliche Aufgabe gestellt: „Welche Bezugssysteme nennt man inertial? Nennen Sie Beispiele für solche Systeme. Nehmen Sie an, dass sich der Wagen mit dem Ball zunächst auf einer ebenen Fläche mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. Dann bewegt er sich am Sand entlang, wodurch der Ball in eine beschleunigte Bewegung versetzt wird, obwohl keine anderen Kräfte auf ihn einwirken (ihre Gesamtwirkung ist Null).
Das Wesen dessen, was passiert, kann durch die Tatsache erklärt werden, dass das System, während es sich auf einer sandigen Oberfläche bewegt, aufhört, träge zu sein, es hat eine konstante Geschwindigkeit. Beispiele für inertiale und nicht-inertiale Bezugsrahmen weisen darauf hin, dass ihr Übergang in einem bestimmten Zeitraum erfolgt.
Wenn der Körper beschleunigt, hat seine Beschleunigung einen positiven Wert, und beim Bremsen wird dieser Wert negativ.
Kurvilineare Bewegung
Im Verhältnis zu den Sternen und der Sonne bewegt sich die Erde entlang einer krummlinigen Bahn, die die Form einer Ellipse hat. Das Bezugssystem, in dem das Zentrum auf die Sonne ausgerichtet ist und die Achsen auf bestimmte Sterne gerichtet sind, wird als träge betrachtet.
Beachten Sie, dass sich jeder Bezugsrahmen in einer geraden Linie und gleichmäßig relativ zum heliozentrischen bewegtSystem ist träge. Die krummlinige Bewegung wird mit etwas Beschleunigung ausgeführt.
Aufgrund der Tatsache, dass sich die Erde um ihre eigene Achse bewegt, bewegt sich das Bezugssystem, das ihrer Oberfläche zugeordnet ist, relativ zum heliozentrischen mit einer gewissen Beschleunigung. In einer solchen Situation können wir schlussfolgern, dass sich das Bezugssystem, das mit der Erdoberfläche verbunden ist, relativ zum heliozentrischen beschleunigt bewegt und daher nicht als träge betrachtet werden kann. Der Wert der Beschleunigung eines solchen Systems ist jedoch so gering, dass er in vielen Fällen die Besonderheiten der relativ dazu betrachteten mechanischen Phänomene erheblich beeinflusst.
Um praktische Probleme technischer Art zu lösen, ist es üblich, den starr mit der Erdoberfläche verbundenen Bezugsrahmen als träge zu betrachten.
Galileische Relativitätstheorie
Alle inertialen Bezugssysteme haben eine wichtige Eigenschaft, die durch das Relativitätsprinzip beschrieben wird. Sein Wesen liegt darin, dass jedes mechanische Phänomen unter den gleichen Anfangsbedingungen unabhängig vom gewählten Bezugsrahmen auf die gleiche Weise ausgeführt wird.
Gleichheit der ISO nach dem Relativitätsprinzip drückt sich in folgenden Bestimmungen aus:
- In solchen Systemen sind die Gesetze der Mechanik gleich, also bleibt jede durch sie beschriebene Gleichung, ausgedrückt in Form von Koordinaten und Zeit, unverändert.
- Die Ergebnisse laufender mechanischer Experimente ermöglichen es festzustellen, ob das Bezugssystem ruht oder ob es nachgibtgeradlinige gleichförmige Bewegung. Jedes System kann bedingt als stationär erkannt werden, wenn sich gleichzeitig das andere mit einer bestimmten Geschwindigkeit relativ dazu bewegt.
- Die Gleichungen der Mechanik bleiben bezüglich Koordinatentransformationen beim Übergang von einem System in ein anderes unverändert. Sie können dasselbe Phänomen in verschiedenen Systemen beschreiben, aber ihre physikalische Natur ändert sich nicht.
Problemlösung
Erstes Beispiel.
Bestimmen Sie, ob das Trägheitsbezugssystem ist: a) ein künstlicher Satellit der Erde; b) Kinderattraktion.
Antwort. Im ersten Fall handelt es sich nicht um ein inertiales Bezugssystem, da sich der Satellit im Orbit unter dem Einfluss der Schwerkraft bewegt, die Bewegung also mit einer gewissen Beschleunigung erfolgt.
Auch die Anziehung kann nicht als Inertialsystem betrachtet werden, da ihre Rotationsbewegung mit einer gewissen Beschleunigung erfolgt.
Zweites Beispiel.
Das Meldesystem ist fest mit dem Aufzug verbunden. In welchen Situationen kann es als Trägheit bezeichnet werden? Wenn der Aufzug: a) herunterfällt; b) bewegt sich gleichmäßig nach oben; c) steigt schnell an d) gleichmäßig nach unten gerichtet.
Antwort. a) Im freien Fall tritt eine Beschleunigung auf, sodass der Referenzrahmen, der dem Aufzug zugeordnet ist, nicht träge ist.
b) Bei gleichförmiger Bewegung des Höhenruders ist das System träge.
c) Wenn man sich mit etwas Beschleunigung bewegt, wird das Bezugssystem als träge betrachtet.
d) Der Aufzug bewegt sich langsam, hat eine negative Beschleunigung, also kannst du nichtnenne den Bezugsrahmen inertial.
Schlussfolgerung
Während der gesamten Zeit ihres Bestehens hat die Menschheit versucht, die in der Natur vorkommenden Phänomene zu verstehen. Versuche, die Relativität der Bewegung zu erklären, wurden von Galileo Galilei unternommen. Isaac Newton gelang es, das Trägheitsgesetz abzuleiten, das als Hauptpostulat in Berechnungen in der Mechanik verwendet wurde.
Zur Zeit umfasst das Körperpositionserkennungssystem den Körper, das Gerät zur Bestimmung der Zeit sowie das Koordinatensystem. Je nachdem, ob sich der Körper bewegt oder ruht, ist es möglich, die Position eines bestimmten Objekts im gewünschten Zeitraum zu charakterisieren.
