Інерційна система відліку
Класична механіка | ||||||||||||||
F=dpdtdisplaystyle mathbf F =frac dmathbf p dt | ||||||||||||||
Другий закон Ньютона | ||||||||||||||
Історія класичної механіки | ||||||||||||||
| ||||||||||||||
Дві системи відліку, одна з яких рухається зі швидкістю v→displaystyle vec v відносно іншої
Інерці́альна систе́ма ві́дліку — система відліку, в якій тіло, на яке не діють жодні сили (або сили, що діють на нього компенсують одна одну, тобто рівнодійна дорівнює нулю), рухається рівномірно й прямолінійно. Або це система відліку, в якій прискорення тіла зумовлене тільки дією на нього сил.
Існування інерціальних систем відліку постулюється в сучасному формулюванні законів Ньютона.
Система відліку, яка рухається із сталою швидкістю відносно інерціальної системи, також є інерціальною.
Інерціальність будь-якої реальної системи відліку приблизна. Будь-яка точка, що її можна було б вибрати за початок системи координат, здійснює якийсь нерівномірний рух. Так, наприклад, для більшості задач у земних умовах можна зв'язати інерціальну систему відліку з поверхнею Землі, нехтуючи обертанням планети навколо своєї осі чи навколо Сонця, проте при розгляді сил Коріоліса таку систему відліку вважати інерціальною не можна. Аналогічно, при розв'язуванні задач планетарного руху, можна знехтувати обертанням Сонця навколо центру галактики.
Спеціальна теорія відносності постулює, що всі фізичні закони однакові для усіх інерціальних систем відліку.
При переході від однієї інерціальної системи відліку до іншої справедливі перетворення Лоренца.
Системи відліку, зв'язані з тілами, що рухаються нерівномірно чи непрямолінійно, називаються неінерціальними системами відліку.
Загальні відомості |
Рух тіла можна описати лише відносно якогось іншого об'єкту - інших тіл, спостерігача, або за допомогою набору просторово-часових координат. Вони називаються системами відліку. Якщо обрано якусь систему координат, закони руху в ній можуть бути більш складними, ніж це необхідно. Наприклад, уявімо об'єкт в стані спокою (без зовнішніх сил, які впливають на нього) в деякій позиції instant. В багатьох координатних
системах, він почне рухатись до наступної позиції, навіть якщо на нього не впливають жодні сили. Однак, завжди можна обрати систему відліку в якій він залишатиметься стаціонарним. Так само, якщо простір не описаний рівномірно або не є незалежним від часу, координатна система може описати просте переміщення вільного тіла в просторі у вигляді складної траєкторії в цій системі відліку. Тому, інтуїтивно зрозуміле пояснення, що таке інерційна система відліку буде такий: В інерційній системі відліку, закони механіки приймають свою найпростішу форму.[1]
В інерційній системі, Перший закон Ньютона, закон інерції, виконується якщо: Будь-який вільний рух є рівномірним і прямолінійним.[1]Другий закон Ньютона для частки має форму:
- F=ma ,displaystyle mathbf F =mmathbf a ,
де F результуюча сила (вектор), m маса частки і a прискорення частки (також вектор) який може виміряти спостерігач, в цій самій системі відліку, що знаходиться в спокої. Сила F є сумою векторів всіх сил що діють на частку, таки як електромагнітна, гравітаційна, ядерна і так далі. Для порівняння, Другий закон Ньютона в обертовій системі відліку, що обертається з кутовою швидкістю Ω довкола осі, приймає форму:
- F′=ma ,displaystyle mathbf F '=mmathbf a ,
що виглядає так само як і в інерційній системі відліку, але тепер сила F′ є результуюча не лише F, а також додаткових умов (наступний абзац показує основні моменти без детальних математичних пояснень):
- F′=F−2mΩ×vB−mΩ×(Ω×xB)−mdΩdt×xB ,displaystyle mathbf F '=mathbf F -2mmathbf Omega times mathbf v _B-mmathbf Omega times (mathbf Omega times mathbf x _B)-mfrac dmathbf Omega dttimes mathbf x _B ,
де кутове обертання системи відліку виражається вектором Ω, направленому в напрямі осі обертання, і з величиною, що дорівнює кутовій швидкості обертання Ω, символ × позначає векторний добуток, вектор xB визначає місцезнаходження тіла а вектор vB задає швидкість руху тіла відносно спостерігача, що обертається (відрізняється від швидкості, яку відносно спостерігача інерційної системи).
Джерела |
- А. М. Федорченко. Теоретична механіка. Київ: «Вища школа», 1975, 516 с.
Примітки |
↑ аб Landau, L. D.; Lifshitz, E. M. (1960). Mechanics. Pergamon Press. с. 4–6.
 | Це незавершена стаття з фізики. Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її. |
