что значит инерциальная система отсчета

Инерция

что значит инерциальная система отсчета. Смотреть фото что значит инерциальная система отсчета. Смотреть картинку что значит инерциальная система отсчета. Картинка про что значит инерциальная система отсчета. Фото что значит инерциальная система отсчета

Понятие инерция в формулировках Галилея и Ньютона

Галилео Галилей и Исаак Ньютон внесли свой вклад в развитие такого раздела физики, как механика. Неудивительно, что каждый из них предложил свою формулировку.

Галилео Галилей

Исаак Ньютон

Формулировка закона инерции

Когда тело движется по горизонтальной поверхности, не встречая никакого сопротивления движению, то его движение — равномерно, и продолжалось бы постоянно, если бы плоскость простиралась в пространстве без конца.

Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не принуждается приложенными силами изменить это состояние.

Инерция — это физическое явление, при котором тело сохраняет свою скорость постоянной или покоится, если на него не действуют другие тела.

Инерция – это физическое явление сохранения скорости тела постоянной, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано.

Варианты формулировки не противоречат друг другу и говорят по сути об одном и том же, просто разными словами — выбирайте ту, что вам нравится больше.

Сила: первый закон Ньютона

В повседневной жизни мы часто встречаем, как любое тело деформируется (меняет форму или размер), ускоряется или тормозит, падает. В общем, чего только с разными телами в реальной жизни не происходит. Причина любого действия или взаимодействия — сила.

Сила — это физическая векторная величина, которая воздействует на данное тело со стороны других тел. Она измеряется в Ньютонах (в честь Исаака Ньютона, разумеется).

Сила — величина векторная. Это значит, что, помимо модуля, у нее есть направление. От того, куда направлена сила, зависит результат.

Вот стоите вы на лонгборде: можете оттолкнуться вправо, а можете влево — в зависимости от того, в какую сторону оттолкнетесь, результат будет разный. В данном случае результат выражается в направлении движения.

Теперь зная, что такое сила, мы можем вернуться к ньютоновской формулировке закона инерции — он же, Его Величество, первый закон Ньютона:

Существуют такие системы отсчета, относительно которых тело сохраняет свою скорость постоянной, в том числе равной нулю, если действие на него других сил отсутствует или скомпенсировано.

Первый закон Ньютона

что значит инерциальная система отсчета. Смотреть фото что значит инерциальная система отсчета. Смотреть картинку что значит инерциальная система отсчета. Картинка про что значит инерциальная система отсчета. Фото что значит инерциальная система отсчета

R — результирующая сила, сумма всех сил, действующих на тело [Н]

const — постоянная величина

В этом законе встречается такое словосочетание, как «система отсчета». Оно изучается в самом начале курса физики, но там это понятие читают в контексте «такие системы отсчета». Напрашивается вопрос: какие такие системы отсчета?

Системы отсчета: инерциальные и неинерциальные

Чтобы описать движение нам нужны три штуки:

В совокупности эти три опции образуют систему отсчета:

что значит инерциальная система отсчета. Смотреть фото что значит инерциальная система отсчета. Смотреть картинку что значит инерциальная система отсчета. Картинка про что значит инерциальная система отсчета. Фото что значит инерциальная система отсчета

Инерциальная система отсчета — система отсчёта, в которой все тела движутся прямолинейно и равномерно, либо покоятся.

Неинерциальная система отсчета — система отсчёта, движущаяся с ускорением.

Рассмотрим разницу между этими системами отсчета на примере задачи.

Аэростат — летательный аппарат на картиночке ниже — движется равномерно и прямолинейно параллельно горизонтальной дороге, по которой равноускоренно движется автомобиль.

что значит инерциальная система отсчета. Смотреть фото что значит инерциальная система отсчета. Смотреть картинку что значит инерциальная система отсчета. Картинка про что значит инерциальная система отсчета. Фото что значит инерциальная система отсчета

Выберите правильное утверждение:

Решение:

Система отсчёта, связанная с землёй, инерциальна. Да, планета движется и вращается, но для всех процессов вблизи планеты этим можно пренебречь. Во всех задачах систему отсчета, связанную с землей можно считать инерциальной.

Поскольку система отсчёта, связанная с землёй инерциальна, любая другая система, которая движется относительно земли равномерно и прямолинейно или покоится — по первому закону Ньютона тоже инерциальна.

Движение аэростата удовлетворяет этому условию, так как оно равномерное и прямолинейное, а равноускоренное движение автомобиля — нет. Аэростат — инерциальная система отсчёта, а автомобиль — неинерциальная.

Ответ: 1.

Инерция покоя

На столе лежит лист бумаги. На него поставили стакан и резко выдернули лист бумаги из-под него. Стакан почти не двинулся.

То, что стакан остался в состоянии покоя, можно объяснить законом инерции, так как «скорость остается постоянной, в том числе равной нулю». В данном случае инерция покоя — это способность тела сохранять состояние полного механического покоя и «сопротивляться» любым внешним воздействиям. То есть та часть закона инерции, в котором скорость равна нулю.

Так, например, если выбивать пыль из ковра, то в ковер-самолет ваш любимый предмет интерьера не превратится — вместе с пылью не улетит.

Инерция движения

В случае с движением мы берем ту часть первого закона Ньютона, в которой скорость постоянна, но не равна нулю. Здесь мы откроем способность тела к движению, которое было вызвано силой, прекратившей своё действие на тело.

Вернемся к самому началу:

Велосипедист наезжает на камень и падает с велосипеда. Благодаря инерции скорость велосипедиста сохраняется, несмотря на то, что сам велосипед не едет дальше.

Наездник слетает с лошади, если та остановилась. Это тоже происходит из-за инерции — скорость наездника остается постоянной, при этом сама лошадь останавливается.

Мир не идеален

К сожалению, а может быть и к счастью, мы не живем в мире, в котором все тела движутся прямолинейно и равномерно. Из-за этого инерция в реальной жизни невозможна, потому что всегда есть трение, сопротивление воздуха и прочие, препятствующие движению, факторы.

Пуля, вылетевшая из ружья, продолжала бы двигаться, сохраняя свою скорость, если бы на неё не действовало другое тело — воздух. Поэтому скорость пули уменьшается.

Велосипедист, перестав работать педалями, смог бы сохранить скорость своего движения, если бы на велосипед не действовало трение. Поэтому, если педали не крутить — скорость велосипедиста уменьшается, и он останавливается.

Источник

Инерциальная система отсчёта

Инерциальной называется система отсчёта, по отношению к которой пространство является однородным и изотропным, а время — однородным.

Содержание

Свойства инерциальных систем отсчёта

Всякая система отсчёта, движущаяся относительно ИСО равномерно и прямолинейно, также является ИСО. Согласно принципу относительности, все ИСО равноправны, и все законы физики инвариантны относительно перехода из одной ИСО в другую. Это значит, что проявления законов физики в них выглядят одинаково, и записи этих законов имеют одинаковую форму в разных ИСО.

Предположение о существовании хотя бы одной ИСО в изотропном пространстве приводит к выводу о существовании бесконечного множества таких систем, движущихся друг относительно друга со всевозможными постоянными скоростями. Если ИСО существуют, то пространство будет однородным и изотропным, а время — однородным; согласно теореме Нётер, однородность пространства относительно сдвигов даст закон сохранения импульса, изотропность приведёт к сохранению момента импульса, а однородность времени — к сохранению энергии движущегося тела.

Если скорости относительного движения ИСО, реализуемых действительными телами, могут принимать любые значения, связь между координатами и моментами времени любого «события» в разных ИСО осуществляется преобразованиями Галилея.

В специальной теории относительности скорости относительного движения ИСО, реализуемых действительными телами, не могут превышать некоторой конечной скорости «C» (скорость распространения света в вакууме) и связь между координатами и моментами времени любого «события» в разных ИСО осуществляется преобразованиями Лоренца.

Связь с реальными системами отсчёта

С разной степенью точности и в зависимости от области использования инерциальными системами можно считать системы отсчёта, связанные с: Землёй, Солнцем, неподвижные относительно звезд.

Геоцентрическая инерциальная система координат

что значит инерциальная система отсчета. Смотреть фото что значит инерциальная система отсчета. Смотреть картинку что значит инерциальная система отсчета. Картинка про что значит инерциальная система отсчета. Фото что значит инерциальная система отсчета

что значит инерциальная система отсчета. Смотреть фото что значит инерциальная система отсчета. Смотреть картинку что значит инерциальная система отсчета. Картинка про что значит инерциальная система отсчета. Фото что значит инерциальная система отсчета

Применение Земли в качестве ИСО, несмотря на приближённый его характер, широко распространено в навигации. Инерциальная система координат, как часть ИСО строится по следующему алгоритму. В качестве точки O- начала координат выбирается центр земли в соответствии с принятой её моделью. Ось z – совпадает с осью вращения земли. Оси x и y находятся в экваториальной плоскости. Следует заметить, что такая система не участвует во вращении Земли.

Источник

Системы отсчета и их виды

В физике часто встречаются термины «система отсчета» и «инерциальная система отсчета». Ознакомимся с ними.

Что такое система отсчета

Система отсчета содержит:

Если все три пункта выполнены, то говорят, что задана система отсчета.

С телом отсчета связаны координатные оси, если тело отсчета будет двигаться, то система отсчета будет передвигаться совместно с ним.

Системы отсчета используются не только в физике. В повседневной жизни мы пользуемся картами местности. При этом, на карте мы отмечаем две точки:

Проложив маршрут и измерив расстояние между этими точками, мы сможем посчитать расстояние, которое нужно преодолеть, чтобы переместиться. А указав интервал времени, мы сможем рассчитать, с кокой скоростью нужно двигаться, чтобы вовремя прибыть к месту назначения.

Виды систем отсчета и их сравнение

Все системы отсчета (сокращенно СО) можно разделить на два вида:

От того, как система отсчета движется, зависит, можно ли считать ее инерциальной, или нет.

Инерциальные системы отсчета

Инерциальная система отсчета — это такая, которая:

Примеры инерциальных систем отсчета:

Примечания:

1. Вместо слов «скорость не меняется», физики часто употребляют такие слова: «скорость постоянная», или «модуль вектора скорости сохраняется».

2. Скорость – это вектор, у любого вектора есть две главные характеристики:

Подробнее о векторах и их характеристиках «здесь».

Не инерциальные системы отсчета

Не инерциальная система отсчета — это такая, которая:

Бывает и так, что одновременно изменяет и по модулю, и по направлению. Главное, что изменяет. Например, гоночный автомобиль на соревнованиях входит в поворот и одновременно набирает скорость.

Примеры не инерциальных систем отсчета:

Для чего нужно знать, к какому виду отнести систему отсчета

Предположим, нам нужно решить какую-то задачу механики. Чтобы ее решить мы вводим систему отсчета. Является ли система отсчета инерциальной, нужно знать потому, что

Для иллюстрации рассмотрим такой пример:

Представим, что мы находимся внутри пассажирского вагона. Поднимем на вытянутой руке мяч и разожмем ладонь, чтобы мяч из нее выпал. Будем изучать траекторию, по которой мяч движется. На всех рисунках пунктиром обозначено начальное положение мяча, а сплошным кругом — его конечное положение. Рассмотрим движение мяча в каждом из случаев:

Случай 1. Вагон покоится

что значит инерциальная система отсчета. Смотреть фото что значит инерциальная система отсчета. Смотреть картинку что значит инерциальная система отсчета. Картинка про что значит инерциальная система отсчета. Фото что значит инерциальная система отсчета

Когда вагон покоится, свободно падающий мяч падает вертикально

Случай 2. Вагон движется равномерно прямолинейно

что значит инерциальная система отсчета. Смотреть фото что значит инерциальная система отсчета. Смотреть картинку что значит инерциальная система отсчета. Картинка про что значит инерциальная система отсчета. Фото что значит инерциальная система отсчета

Красная стрелка — это вектор скорости вагона, он обозначен символом \( \vec \) и указывает направление, в котором вагон движется.

Когда вагон движется равномерно прямолинейно, свободно падающий мяч падает вертикально

Случай 3. Вагон движется прямолинейно равнозамедленно

что значит инерциальная система отсчета. Смотреть фото что значит инерциальная система отсчета. Смотреть картинку что значит инерциальная система отсчета. Картинка про что значит инерциальная система отсчета. Фото что значит инерциальная система отсчета

Вектор скорости вагона обозначен символом \( \vec \) и указывает направление, в котором вагон движется. Вектор ускорения вагона обозначен символом \( \vec \). Вагон замедляется, так как скорость и ускорение направлены в противоположные стороны.

Когда вагон движется прямолинейно равнозамедленно, свободно падающий мяч отклоняется от вертикали.

Случай 4. Вагон движется прямолинейно равноускоренно

что значит инерциальная система отсчета. Смотреть фото что значит инерциальная система отсчета. Смотреть картинку что значит инерциальная система отсчета. Картинка про что значит инерциальная система отсчета. Фото что значит инерциальная система отсчета

Вектор скорости вагона \( \vec \) и вектор ускорения вагона \( \vec \) сонаправлены. Это говорит о том, что вагон ускоряется.

Когда вагон движется прямолинейно равноускоренно, свободно падающий мяч отклоняется от вертикали

Случай 5. Вагон движется криволинейно

что значит инерциальная система отсчета. Смотреть фото что значит инерциальная система отсчета. Смотреть картинку что значит инерциальная система отсчета. Картинка про что значит инерциальная система отсчета. Фото что значит инерциальная система отсчета

На рисунке представлена одна из возможных траекторий движения мяча. Траектория мяча будет зависеть от того, будет ли вагон, входящий в поворот, ускоряться, или замедляться.

Изогнутая стрелка указывает направление, в котором вагон поворачивает (изменяет направление движения).

Когда вагон движется криволинейно, свободно падающий мяч отклоняется от вертикали.

Подведем итог:

В первых двух случаях (см. рис. №1, №2), траектории мяча были одинаковыми. В этих двух случаях вагон является инерциальной системой отсчета.

Рисунки №3, №4 и №5 иллюстрируют неинерциальные системы отсчета. В случаях, представленных на этих рисунках, траектории мяча различаются. Формы траекторий зависят от дополнительных сил, действующих в неинерциальных системах отсчета на мяч.

Источник

что значит инерциальная система отсчета. Смотреть фото что значит инерциальная система отсчета. Смотреть картинку что значит инерциальная система отсчета. Картинка про что значит инерциальная система отсчета. Фото что значит инерциальная система отсчета

Краткие сведения про особенности системы

В системах отсчёта (СО), построенных в соответствии с типом инерции, свободные тела движутся прямым и измеренным образом — с недоступностью внешнего воздействия или вообще не двигаются. В этой СО место считается однородным и изотропным. Термин ИСО был придуман Людвигом Ланге в 1885 году для обозначения системы координат, в которой используются законы Ньютона и формулы расчёта.

что значит инерциальная система отсчета. Смотреть фото что значит инерциальная система отсчета. Смотреть картинку что значит инерциальная система отсчета. Картинка про что значит инерциальная система отсчета. Фото что значит инерциальная система отсчета

Движение тела должно учитываться в сравнительно разных частях, в противном случае невозможно определить состояние его на месте. Наконец, говоря про инерциальное явление, следует показать, относительно чего тело будет в спокойном состоянии или движется размеренно и прямо.

Таким образом, по первому закону Ньютона, именуемому инерционным, формулируют данные описанным образом. Есть такие высокие классы, в отношении которых прогрессивно передвигаемые тела защищают долгосрочную скорость, если влияние иных на него компенсируется. При ИСО тело движется в постоянном значении. Таким образом, движение тела в СО происходит с одинаковой степенью скорости.

Системы отсчёта можно отнести к инерциальным те:

Во всех ИСО с одинаковыми начальными критериями механические явления проходят одинаково, то есть подчиняются одному и тому же закону. Это утверждение называется принципом относительности Галилея.

Инерционный и неинерционный вид

СО, для которых есть закон инерции, называются инерционными. Галилеевские эксперименты фактически рекомендовали считать СО, связанную с территорией, инерциальной. Но ИС бесконечны. Каждая СО, движущаяся с постоянной скоростью относительно другой, считается инерциальной. В них ускорение тела станет похожим.

что значит инерциальная система отсчета. Смотреть фото что значит инерциальная система отсчета. Смотреть картинку что значит инерциальная система отсчета. Картинка про что значит инерциальная система отсчета. Фото что значит инерциальная система отсчета

Если СО перемещается относительно и понемногу, но с переменной скоростью или оборотами, то она не считается инерционной. В такой системе тело обладает способностью самостоятельно ускоряться, в том числе если другие части её не поражены. В неинерциальных системах отсчёта первый закон Ньютона не выполняется.

В настоящем времени известно, что сама справочная система, связанная с территорией, обладает способностью быть приблизительно инерциальной. Кропотливые исследования говорят, что на самом деле, когда тела перемещаются относительно СО, связанной с территорией, появляются нарушения закона инерции. С гораздо большей точностью примерами инерциальной системы отсчёта можно считать те, что связаны с Солнцем и другими звёздами.

Как известно, территория движения относительна звёздному небу, а солнце ускоряется и вращается вокруг своей оси. Но если закон инерции нарушается в системах отсчёта, связанных с территорией, в задачах изучения предусмотрены небольшие перемещения, и в результате этого, как правило, СО, связанные с территорией, считаются инерционными.

В настоящее время есть системы позиционирования тела, которые включают устройство для измерения времени и систему координат. В зависимости от того, движется ли тело или неподвижно, можно охарактеризовать состояние объекта в нужное время.

Основные информационные данные

что значит инерциальная система отсчета. Смотреть фото что значит инерциальная система отсчета. Смотреть картинку что значит инерциальная система отсчета. Картинка про что значит инерциальная система отсчета. Фото что значит инерциальная система отсчета

Инерциальная навигационная система (модули) — это безопасный способ получения информации о курсе, координатах, скорости и параметрах выравнивания угла с платформы, на которой она установлена. После этого стоит отметить такие существенные особенности, как автономность и отсутствие маскирующих видов работ, которые определяют их широкую реализацию. Основа традиционной (ньютоновской) законодательной механики.

Начальный геоцентрический (первичный) аппарат, по сравнению с которым проводятся измерения, считается инерционным (то есть безусловным, фиксированным относительно звезд). При его поддержке объекты выравниваются по координатам, скорости, ускорению и другим ключевым характеристикам (самолеты, ракеты, галактические, подводные лодки и так далее).

Модули ИНС имеют явные высокие качества по сравнению с другими навигационными системами:

Использование навигации

что значит инерциальная система отсчета. Смотреть фото что значит инерциальная система отсчета. Смотреть картинку что значит инерциальная система отсчета. Картинка про что значит инерциальная система отсчета. Фото что значит инерциальная система отсчета

ИСО предоставляет данные навигации для пользовательских систем. Она использует силу и кольцевой лазерный гироскоп вместо обычного определения угловой скорости относительно осей. Её датчики установлены непосредственно на планере. Основная функция каждого датчика состоит в жестком определении и расчёте линейных ускорений и угловых скоростей вращения относительно существующих осей движения летательного аппарата.

Эти данные используются для отображения навигации. Каждый датчик может рассматриваться и содержит три лазерных гироскопа и три акселерометра. Они воспринимают угловые скорости и линейные ускорения соответственно. Полученные данные преобразуются в локальные вертикальные координаты и объединяются с входной информацией эфира для расчёта важных параметров, применимость для:

Выходы ИС могут бывать на дисплеях системы бортового приборостроения. Они также отображаются на дисплее управления полётом.

Общие положения

Первое требование, которое должно выполняться ИС, чтобы работать нужным образом, является выравниванием границ. Оно в основном состоит из определения локальной вертикали и начального курса. В расчётах выравнивания используется основная предпосылка, что единственные ускорения обусловлены силой тяжести земли. Одно движение во время выравнивания, значит, вращение.

Ускорения, вызванные гравитацией, всегда перпендикулярны поверхности и, таким образом, определяют локальную вертикаль. Она используется для установки данных об ориентации так, чтобы они были точно привязаны к вертикали.

что значит инерциальная система отсчета. Смотреть фото что значит инерциальная система отсчета. Смотреть картинку что значит инерциальная система отсчета. Картинка про что значит инерциальная система отсчета. Фото что значит инерциальная система отсчета

После того как причина установлена, лазерный гироскоп определяет компоненты скорости Земли, чтобы знать курс самолёта. По мере того как выравнивание продолжается, определения вертикальной привязки и рубрики настраиваются для максимальной точности.

Минимальная продолжительность режима выравнивания составляет 10 минут. При навигации ИС предоставляют выходные данные для ориентации, курса, текущего положения, ускорений, угла смещения, скорости относительно Земли и данных о ветре. Эти гелиоцентрические выходы все выводятся из данных гироскопического датчика и акселерометра. Начальные сигналы ориентации могут немного существовать, а курс и скорости модифицируются сигналами датчиков, чтобы входить в реальном времени в текущие поступательные параметры посредством реализации и вычислений компьютера.

Источник

Часть серии о
Классическая механика
F знак равно d d т ( м v ) <\ displaystyle <\ textbf > = <\ frac

> (м <\ textbf >)> что значит инерциальная система отсчета. Смотреть фото что значит инерциальная система отсчета. Смотреть картинку что значит инерциальная система отсчета. Картинка про что значит инерциальная система отсчета. Фото что значит инерциальная система отсчета

СОДЕРЖАНИЕ

Вступление

Все наблюдатели сходятся во мнении о реальных силах F ; только неинерциальным наблюдателям нужны фиктивные силы. Законы физики в инерциальной системе отсчета проще, потому что нет ненужных сил.

На практике, хотя это и не является обязательным требованием, использование системы отсчета, основанной на неподвижных звездах, как если бы это была инерциальная система отсчета, вносит очень небольшое расхождение. Например, центробежное ускорение Земли из-за ее вращения вокруг Солнца примерно в тридцать миллионов раз больше, чем у Солнца вокруг центра Галактики.

Набор рамок, в которых законы физики просты

Специальный принцип относительности: если система координат K выбрана так, что по отношению к ней законы физики выполняются в их простейшей форме, те же самые законы сохраняются и по отношению к любой другой системе координат K ‘, движущейся с равномерным перемещением относительно К.

Эта простота проявляется в том, что инерциальные системы отсчета имеют автономную физику без необходимости во внешних причинах, в то время как физика в неинерциальных системах отсчета имеет внешние причины. Принцип простоты можно использовать как в ньютоновской физике, так и в специальной теории относительности; см. Нагеля, а также Благоевича.

Абсолютное пространство

Система отсчета, в которой точка массы, брошенная из одной и той же точки в трех разных (не копланарных) направлениях, следует по прямолинейным траекториям каждый раз, когда ее бросают, называется инерциальной системой отсчета.

Обсуждение предложения Ланге можно найти в Mach.

Неадекватность понятия «абсолютное пространство» в механике Ньютона объясняется Благоевичем:

Полезность операционных определений получила гораздо большее развитие в специальной теории относительности. Некоторая историческая справка, включая определение Ланге, предоставлена ​​DiSalle, который вкратце говорит:

Исходный вопрос: «относительно какой системы отсчета действуют законы движения?» оказывается неправильно поставленным. Ведь законы движения по сути определяют класс систем отсчета и (в принципе) процедуру их построения.

Инерциальная система отсчета Ньютона

что значит инерциальная система отсчета. Смотреть фото что значит инерциальная система отсчета. Смотреть картинку что значит инерциальная система отсчета. Картинка про что значит инерциальная система отсчета. Фото что значит инерциальная система отсчета

Ньютон считал, что первый закон применим в любой системе отсчета, которая находится в равномерном движении относительно неподвижных звезд; то есть ни вращение, ни ускорение относительно звезд. Сегодня понятие « абсолютное пространство » отброшено, и инерциальная система отсчета в области классической механики определяется как:

Если это правило интерпретируется как утверждение, что прямолинейное движение является показателем нулевой чистой силы, правило не определяет инерциальные системы отсчета, поскольку прямолинейное движение может наблюдаться в различных кадрах. Если правило интерпретируется как определение инерциальной системы отсчета, тогда мы должны иметь возможность определить, когда применяется нулевая чистая сила. Эйнштейн резюмировал проблему:

Слабость принципа инерции заключается в том, что он включает аргумент по кругу: масса движется без ускорения, если она находится достаточно далеко от других тел; мы знаем, что оно достаточно далеко от других тел, только по тому факту, что оно движется без ускорения.

Ньютон сам сформулировал принцип относительности в одном из своих следствий законов движения:

Движения тел, включенных в данное пространство, одинаковы между собой, независимо от того, находится ли это пространство в покое или движется равномерно вперед по прямой линии.

Этот принцип отличается от специального принципа двумя способами: во-первых, он ограничен механикой, а во-вторых, в нем не упоминается простота. Он разделяет особый принцип неизменности формы описания среди взаимно переводимых систем отсчета. Роль фиктивных сил в классификации систем отсчета рассматривается ниже.

Ньютоновская механика

Специальная теория относительности

Общая теория относительности

Общая теория относительности основана на принципе эквивалентности:

Наблюдатели не могут провести эксперимент, чтобы определить, возникает ли ускорение из-за силы тяжести или из-за того, что их система отсчета ускоряется.

Однако общая теория сводится к специальной теории для достаточно малых областей пространства-времени, где эффекты кривизны становятся менее важными и могут вернуться в игру более ранние аргументы инерциальной системы отсчета. Следовательно, современная специальная теория относительности теперь иногда описывается только как «локальная теория». «Местный» может охватывать, например, всю галактику Млечный Путь: астроном Карл Шварцшильд наблюдал движение пар звезд, вращающихся вокруг друг друга. Он обнаружил, что две орбиты звезд такой системы лежат в одной плоскости, а перигелий орбит двух звезд остается направленным в одном направлении по отношению к Солнечной системе. Шварцшильд указывал, что это всегда наблюдалось: направление углового момента всех наблюдаемых двойных звездных систем остается фиксированным по отношению к направлению углового момента Солнечной системы. Эти наблюдения позволили ему сделать вывод, что инерциальные системы отсчета внутри галактики не вращаются относительно друг друга и что пространство Млечного Пути приблизительно галилеевское или минковское.

Примеры

Простой пример

что значит инерциальная система отсчета. Смотреть фото что значит инерциальная система отсчета. Смотреть картинку что значит инерциальная система отсчета. Картинка про что значит инерциальная система отсчета. Фото что значит инерциальная система отсчета

Рассмотрим ситуацию, обычную в повседневной жизни. По дороге едут две машины, обе движутся с постоянной скоростью. См. Рис. 1. В какой-то момент их разделяет 200 метров. Автомобиль впереди движется со скоростью 22 метра в секунду, а автомобиль позади него движется со скоростью 30 метров в секунду. Если мы хотим узнать, сколько времени потребуется второй машине, чтобы догнать первую, есть три очевидных «системы отсчета», которые мы могли бы выбрать.

Можно было бы выбрать вращающуюся, ускоряющуюся систему отсчета, двигающуюся сложным образом, но это могло бы излишне усложнить задачу. Также необходимо отметить, что можно переводить измерения, сделанные в одной системе координат, в другую. Например, предположим, что ваши часы идут на пять минут быстрее местного стандартного времени. Если вы знаете, что это так, когда кто-то спрашивает вас, который час, вы можете вычесть пять минут из времени, отображаемого на ваших часах, чтобы получить правильное время. Таким образом, измерения системы, производимые наблюдателем, зависят от системы отсчета наблюдателя (можно сказать, что автобус прибыл в 5 минут четвертого, хотя на самом деле он прибыл в три).

Дополнительный пример

что значит инерциальная система отсчета. Смотреть фото что значит инерциальная система отсчета. Смотреть картинку что значит инерциальная система отсчета. Картинка про что значит инерциальная система отсчета. Фото что значит инерциальная система отсчета

В качестве простого примера, включающего ориентацию только двух наблюдателей, представьте, что два человека стоят лицом друг к другу по обе стороны улицы с севера на юг. См. Рис. 2. Мимо них проезжает машина, направляющаяся на юг. Для человека, смотрящего на восток, машина двигалась вправо. Однако для человека, смотрящего на запад, машина двигалась влево. Это несоответствие связано с тем, что эти два человека использовали две разные системы координат для исследования этой системы.

Замечания

Важно отметить некоторые сделанные выше предположения относительно различных инерциальных систем отсчета. Ньютон, например, использовал всемирное время, как поясняет следующий пример. Предположим, у вас есть два часа, которые идут с одинаковой скоростью. Вы синхронизируете их, чтобы они отображали одно и то же время. Два часа теперь разделены, и одни часы находятся в быстро движущемся поезде, движущемся с постоянной скоростью по направлению к другому. Согласно Ньютону, эти два часа по-прежнему будут идти с одинаковой скоростью и будут показывать одно и то же время. Ньютон говорит, что скорость времени, измеренная в одной системе отсчета, должна быть такой же, как скорость времени в другой. То есть существует «универсальное» время, и все остальные времена во всех других системах отсчета будут течь с той же скоростью, что и это универсальное время, независимо от их положения и скорости. Это понятие времени и одновременности было позже обобщено Эйнштейном в его специальной теории относительности (1905 г.), где он разработал преобразования между инерциальными системами отсчета, основанные на универсальной природе физических законов и их экономичности выражения ( преобразования Лоренца ).

Неинерциальные фреймы

Беря первую и вторую производные от этого по времени, получаем

Эти уравнения допускают преобразования между двумя системами координат; например, теперь мы можем записать второй закон Ньютона как

Когда есть ускоренное движение из-за приложенной силы, есть проявление инерции. Если электромобиль, предназначенный для подзарядки своей аккумуляторной системы при замедлении, переключается на торможение, аккумуляторы перезаряжаются, демонстрируя физическую силу проявления инерции. Однако проявление инерции не препятствует ускорению (или замедлению), поскольку проявление инерции происходит в ответ на изменение скорости под действием силы. С точки зрения вращающейся системы координат проявление инерции, кажется, вызывает силу (либо в центробежном направлении, либо в направлении, ортогональном движению объекта, эффект Кориолиса ).

или, чтобы найти ускорение в ускоренном кадре,

Умножение на массу m дает

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *