Ежелгі философтар қозғалыстың мәнін түсінуге, жұлдыздар мен Күннің адамға әсерін ашуға тырысқан. Сонымен қатар, адамдар әрқашан қозғалыс процесінде, сондай-ақ тыныштық сәтінде материалдық нүктеге әсер ететін күштерді анықтауға тырысты.
Аристотель қозғалыс болмаған кезде денеге ешқандай күш әсер етпейді деп есептеді. Қандай санақ жүйелері инерциялық деп аталатынын анықтауға тырысайық, біз оларға мысалдар келтіреміз.
Демалыс күйі
Күнделікті өмірде мұндай жағдайды анықтау қиын. Механикалық қозғалыстың барлық дерлік түрлерінде бөгде күштердің болуы болжанады. Себеп - үйкеліс күші, ол көптеген заттардың бастапқы орнын тастап кетуіне, тыныштық күйінен шығуына мүмкіндік бермейді.
Инерциялық санақ жүйелерінің мысалдарын қарастыра отырып, олардың барлығы Ньютонның 1-ші заңына сәйкес келетінін ескереміз. Оны ашқаннан кейін ғана тыныштық күйін түсіндіру, денеге осы күйде әрекет ететін күштерді көрсету мүмкін болды.
Ньютонның 1-заңының тұжырымдалуы
Қазіргі интерпретацияда ол координаталық жүйелердің бар екендігін түсіндіреді, оларға қатысты материалдық нүктеге әсер ететін сыртқы күштердің жоқтығын қарастыруға болады. Ньютонның көзқарасы бойынша дененің жылдамдығының ұзақ уақыт бойы сақталуын қарастыруға мүмкіндік беретін анықтамалық жүйелер инерциялық деп аталады.
Анықтамалар
Қандай санақ жүйесі инерциалды? Олардың мысалдары мектеп физика курсында оқытылады. Материалдық нүкте тұрақты жылдамдықпен қозғалатындар инерциялық санақ жүйелері деп саналады. Ньютон кез келген денеге мұндай күйді өзгерте алатын күш қолданудың қажеті болмаса, ұқсас күйде болуы мүмкін екенін түсіндірді.
Шындығында инерция заңы барлық жағдайда орындала бермейді. Инерциялық және инерциялық емес санақ жүйелерінің мысалдарын талдай отырып, қозғалатын көліктегі тұтқалардан ұстап тұрған адамды қарастырыңыз. Көлік күрт тежегенде, адам сыртқы күштің жоқтығына қарамастан автоматты түрде көлікке қатысты қозғалады.
Инерциялық санақ жүйесінің барлық мысалдары Ньютонның 1 заңының тұжырымына сәйкес келмейтіні белгілі болды. Инерция заңын түсіндіру үшін анықтамалық жүйелердің нақтыланған анықтамасы енгізілді, онда ол мінсіз орындалады.
Анықтамалық жүйелердің түрлері
Қандай анықтамалық жүйелер инерциялық деп аталады? Жақында анық болады. «1 Ньютон заңы орындалатын инерциялық санақ жүйелеріне мысалдар келтір» -ұқсас тапсырма тоғызыншы сыныпта физиканы емтихан ретінде таңдаған оқушыларға ұсынылады. Тапсырманы орындау үшін инерциялық және инерциялық емес санақ жүйелері туралы түсінік болуы керек.
Инерция дене оқшауланғанда дененің тыныштықты немесе біркелкі түзу сызықты қозғалысын сақтауды білдіреді. «Оқшауланған» денелер бір-біріне қосылмаған, өзара әрекеттеспейтін, бір-бірінен жойылған денелер.
Инерциялық санақ жүйесінің кейбір мысалдарын қарастырайық. Жылжымалы автобус емес, галактикадағы жұлдызды анықтамалық жүйе ретінде алсақ, рельстерді ұстаған жолаушылар үшін инерция заңының орындалуы мінсіз болады.
Тежеу кезінде бұл көлік оған басқа денелер әсер етпейінше бірқалыпты қозғала береді.
Инерциялық санақ жүйесіне қандай мысалдар келтіре аласыз? Олардың талданатын денемен байланысы болмауы керек, оның инерциясына әсер етеді.
Осындай жүйелер үшін Ньютонның 1-ші заңы орындалады. Нақты өмірде дененің қозғалысын инерциялық санақ жүйесіне қатысты қарастыру қиын. Алыстағы жұлдыздан жер бетінде эксперименттер жүргізу үшін оған жету мүмкін емес.
Жер оған орналастырылған объектілермен байланысты болғанына қарамастан, шартты анықтамалық жүйелер ретінде қабылданған.
Егер Жер бетін санақ жүйесі ретінде қарастыратын болсақ, инерциялық санақ жүйесіндегі үдеуді есептеуге болады. Физикада Ньютонның 1-ші заңының математикалық жазбасы жоқ, бірақ оның негізі болып табылады.көптеген физикалық анықтамалар мен терминдердің туындысы.
Инерциялық санақ жүйелерінің мысалдары
Мектеп оқушылары кейде физикалық құбылыстарды түсіну қиынға соғады. Тоғызыншы сынып оқушыларына келесі мазмұндағы тапсырма ұсынылады: «Қандай санақ жүйелері инерциялық деп аталады? Мұндай жүйелерге мысал келтіріңіз. Допы бар арба бастапқыда тұрақты жылдамдықпен тегіс жерде қозғалады деп есептейік. Содан кейін ол құм бойымен қозғалады, нәтижесінде доп оған басқа күштер әсер етпейтініне қарамастан (олардың жалпы әсері нөлге тең) жеделдетілген қозғалысқа түседі.
Болып жатқан оқиғаның мәнін құмды жерде қозғалған кезде жүйенің инерциялық болмай қалуымен, оның тұрақты жылдамдығымен түсіндіруге болады. Инерциялық және инерциялық емес санақ жүйелерінің мысалдары олардың ауысуының белгілі бір уақыт аралығында болатынын көрсетеді.
Дене жылдамдағанда оның үдеуі оң мәнге ие болады, ал тежеу кезінде бұл көрсеткіш теріс болады.
Қисық сызықты қозғалыс
Жұлдыздар мен Күнге қатысты Жердің қозғалысы эллипс тәрізді қисық сызықты траектория бойынша жүзеге асырылады. Ортасы Күнге теңестірілген және осьтері белгілі бір жұлдыздарға бағытталған анықтамалық жүйе инерциялық болып саналады.
Гелиоцентрге қатысты түзу сызықта және біркелкі қозғалатын кез келген анықтамалық жүйеніңжүйе инерциалды. Қисық сызықты қозғалыс біршама үдеумен орындалады.
Жердің өз осінің айналасында қозғалатынын ескерсек, оның бетімен байланысты санақ жүйесі гелиоцентрге қатысты біршама үдеумен қозғалады. Мұндай жағдайда Жер бетімен байланысқан санақ жүйесі гелиоцентрге қатысты үдеумен қозғалады, сондықтан оны инерциялық деп санауға болмайды деген қорытынды жасауға болады. Бірақ мұндай жүйенің жеделдету мәні соншалықты аз, ол көптеген жағдайларда оған қатысты қарастырылатын механикалық құбылыстардың ерекшеліктеріне айтарлықтай әсер етеді.
Техникалық сипаттағы практикалық есептерді шешу үшін Жер бетімен қатаң байланысқан санақ жүйесін инерциялық деп санау әдетке айналған.
Галилей салыстырмалылығы
Барлық инерциялық санақ жүйелерінің салыстырмалылық принципімен сипатталатын маңызды қасиеті бар. Оның мәні бірдей бастапқы шарттарда кез келген механикалық құбылыс таңдалған анықтамалық жүйеге қарамастан бірдей жүзеге асатынында жатыр.
Салыстырмалылық принципі бойынша ISO теңдігі келесі ережелерде көрсетілген:
- Мұндай жүйелерде механика заңдары бірдей, сондықтан олар арқылы сипатталған, координаталар мен уақыт бойынша өрнектелетін кез келген теңдеу өзгеріссіз қалады.
- Ағымдағы механикалық тәжірибелердің нәтижелері тірек жүйенің тыныштықта болатын-болмайтынын анықтауға мүмкіндік береді.түзу сызықты бірқалыпты қозғалыс. Кез келген жүйені шартты түрде стационарлық деп тануға болады, егер екіншісі бір уақытта оған қатысты белгілі бір жылдамдықпен қозғалса.
- Механика теңдеулері бір жүйеден екінші жүйеге өткен жағдайда координаталық түрлендірулерге қатысты өзгеріссіз қалады. Бір құбылысты әртүрлі жүйелерде сипаттауға болады, бірақ олардың физикалық табиғаты өзгермейді.
Мәселені шешу
Бірінші мысал.
Инерциялық санақ жүйесі: а) Жердің жасанды серігі; б) балалар аттракционы.
Жауап. Бірінші жағдайда инерциялық анықтамалық жүйе туралы мәселе жоқ, өйткені жерсерік ауырлық күшінің әсерінен орбитада қозғалады, сондықтан қозғалыс біршама үдеумен жүреді.
Атракционды да инерциялық жүйе деп санауға болмайды, өйткені оның айналу қозғалысы белгілі бір үдеумен жүреді.
Екінші мысал.
Есеп беру жүйесі лифтпен тығыз байланысты. Қандай жағдайларда оны инерциялық деп атауға болады? Егер лифт: а) құласа; б) біркелкі жоғары қозғалады; в) тез көтеріледі г) біркелкі төмен бағытталған.
Жауап. a) Еркін құлау кезінде үдеу пайда болады, сондықтан лифтпен байланысқан санақ жүйесі инерциалды болмайды.
b) Лифттің біркелкі қозғалысы кезінде жүйе инерциялық болады.
c) Белгілі бір үдеумен қозғалған кезде санақ жүйесі инерциалды болып саналады.
d) Лифт баяу қозғалады, теріс үдеу бар, сондықтан сіз оны жасай алмайсызсанақ жүйесін инерциалды деп атаңыз.
Қорытынды
Адамзат өзінің бүкіл өмір сүрген уақытында табиғатта болып жатқан құбылыстарды түсінуге тырысты. Қозғалыстың салыстырмалылығын түсіндіру әрекеттерін Галилео Галилей жасады. Исаак Ньютон инерция заңын шығара алды, ол механикада есептеулерде негізгі постулат ретінде қолданыла бастады.
Қазіргі уақытта дене қалпын анықтау жүйесіне денені, уақытты анықтауға арналған құрылғыны, сондай-ақ координаттар жүйесін қосады. Дененің қозғалуына немесе қозғалмайтындығына байланысты белгілі бір нысанның қалаған уақыт аралығындағы орнын сипаттауға болады.
