Термическая и антикоррозийная обработка цветных металлов
Термической (тепловой) обработкой называются процессы, при которых металл нагревают или охлажда...

Цветные металлы
В последнее время цветные металлы и сплавы все более распространены в употреблении. Свое назван...

Эмали для металла
Эмаль, то есть суспензия из смол, красящих и стабилизирующих веществ и растворителя, является о...

все статьи ...

Инерциальные системы — Университеты и ВУЗы Белгорода

Опубликовано: 06.09.2018

Прочитав предыдущий параграф, внимательный чита­тель, вероятно, упрекнет автора. Почему при рассмотрении закона инерции нигде не было сказано о системе отсче­та — ведь без этого разговор о скорости движения теряет смысл! Бессмысленным становится и понятие прямолинеиного движения: тело может двигаться относительно одного тела отсчета (например, Земли) равномерно и пря­молинейно, относительно же другого тела отсчета (напри­мер, Солнца) — криволинейно.


EKIT_10.avi

Читатель прав. До тех пор, пока мы не фиксировали систему отсчета, все сказанное в предыдущем параграфе остается бессодержательным. Что думал по этому поводу сам Ньютон, формулируя закон инерции?

Если Галилей считал, что все законы движения тел справедливы в системе отсчета, связанной с Солнцем (т. е. в системе Коперника), то Ньютон избрал другой путь.

Он предполагал, что, независимо от существования и дви­жения материальных тел в пространстве, последнее всег­да остается себе подобным и неподвижным. Движение тела относительно этого неподвижного, так называемого абсолютного пространства Ньютон называл абсолютным движением. Введение понятия пространства явилось значительным обобщением со стороны Ньютона. В античные времена и в средневековье не знали ни одного слова, кото­рое бы обозначало физическое пространство в том смысле, как мы понимаем это сейчас. Слово «Spatium» означало в древнем Риме только «комната» и «промежуток». Ньютон впервые в своем сочинении «Математические начала натуральной философии» (изданном на латинском языке) придал слову «spatium» значение физического абсолютно­го пространства. Формулируя свое учение, Ньютон всегда имел в виду движение в абсолютном пространстве. Таким образом, закон инерции, строго говоря, должен гласить следующее. Каждое тело пребывает в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения в абсолют­ном пространстве до тех пор, пока действующие на него силы не заставят его изменить это состояние.

Второй закон Ньютона также нужно сформулировать таким образом, чтобы было подчеркнуто абсолютное про­странство в качестве системы отсчета. Ускорение тела в абсолютном пространстве пропорционально действующей на него силе.

Прочитав предыдущий параграф, внимательный чита­тель, вероятно, упрекнет автора. Почему при рассмотрении закона инерции нигде не было сказано о системе отсче­та — ведь без этого разговор о скорости движения теряет смысл! Бессмысленным становится и понятие прямолинеиного движения: тело может двигаться относительно одного тела отсчета (например, Земли) равномерно и пря­молинейно, относительно же другого тела отсчета (напри­мер, Солнца) — криволинейно.

Читатель прав. До тех пор, пока мы не фиксировали систему отсчета, все сказанное в предыдущем параграфе остается бессодержательным. Что думал по этому поводу сам Ньютон, формулируя закон инерции?

Если Галилей считал, что все законы движения тел справедливы в системе отсчета, связанной с Солнцем (т. е. в системе Коперника), то Ньютон избрал другой путь.

Он предполагал, что, независимо от существования и дви­жения материальных тел в пространстве, последнее всег­да остается себе подобным и неподвижным. Движение тела относительно этого неподвижного, так называемого абсолютного пространства Ньютон называл абсолютным движением. Введение понятия пространства явилось значительным обобщением со стороны Ньютона. В античные времена и в средневековье не знали ни одного слова, кото­рое бы обозначало физическое пространство в том смысле, как мы понимаем это сейчас. Слово «Spatium» означало в древнем Риме только «комната» и «промежуток». Ньютон впервые в своем сочинении «Математические начала натуральной философии» (изданном на латинском языке) придал слову «spatium» значение физического абсолютно­го пространства. Формулируя свое учение, Ньютон всегда имел в виду движение в абсолютном пространстве. Таким образом, закон инерции, строго говоря, должен гласить следующее. Каждое тело пребывает в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения в абсолют­ном пространстве до тех пор, пока действующие на него силы не заставят его изменить это состояние.

Второй закон Ньютона также нужно сформулировать таким образом, чтобы было подчеркнуто абсолютное про­странство в качестве системы отсчета. Ускорение тела в абсолютном пространстве пропорционально действующей на него силе.

Если, например, действующая на тело сила удвоится, то удвоится и ускорение тела в абсолютном пространстве. Если действующая на тело сила обратится в нуль, то ста­нет равным нулю и ускорение в абсолютном пространстве — тело начнет двигаться с постоянной скоростью.

Ньютон считал абсолютным и время. Он писал: «Абсо­лютное, истинное математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью».

Ньютон изучал движение тел в системе отсчета, кото­рую образуют абсолютное пространство и абсолютное вре­мя. Назовем эту систему абсолютной системой отсчета. Ньютон полагал, что, хотя движение тела можно описать в любой системе отсчета, все же каждому телу присуще свое особое истинное движение — это движение в абсолют­ной системе отсчета. Тем самым он утверждал, что из всех возможных систем отсчета следует предпочесть одну, а именно: абсолютное пространство и абсолютное время.

Предположим на минуту, что абсолютное пространство и абсолютное время действительно существуют. Это зна­чит, что существует пространство, где все свободные тела движутся равномерно и прямолинейно (закон инерции).

Представим теперь, что мы находимся в самолете, ко­торый летит в абсолютном пространстве равномерно и прямолинейно со скоростью, скажем, 700 км/час. Пусть вблизи него летит пуля также равномерно и прямолиней­но со скоростью 750 км/час. Для простоты рассуждения предположим, что направления движения самолета и пули совпадают. Наблюдая за движением пули из самолета, мы можем установить, что ее скорость относительно самолета составляет 50 км/чам и, что весьма существенно, пуля движется относительно самолета равномерно и прямолинейно. В связанной с самолетом системе отсчета движение пули также будет равномерным и прямолинейным, как и в аб­солютном пространстве.

Инерциальный характер движения пули не зависит от того, движется ли самолет в том же направлении, что и пуля, или нет; не имеют также значения и величины скоростей. Существенно только то, что в абсолютном про­странстве и самолет, и пуля движутся равномерно и пря­молинейно; тогда пуля будет двигаться относительно са­молета тоже равномерно и прямолинейно.

Представим теперь бесконечное число самолетов в аб­солютном пространстве, летящих равномерно в прямолинейно (величины скоростей и направления движения мо гут быть любыми), и свяжем с каждым самолетом систему отсчета. Получим бесконечное число систем отсчета, каждую из которых можно использовать для описания движения пули. В разных системах скорость пути различна, но во всех них она движется прямолинейно и равномерно, как и в абсолютном пространстве. Именно это и важно для нас. В первом законе Ньютона ничего не говорится о ве­личине скорости, говорится только о равномерном и пря­молинейном характере движения. Отсюда следует, что, если первый закон Ньютона имеет место в абсолютной си­стеме отсчета, он будет действительным и в любой другой системе отсчета, которая движется относительно абсолют­ного пространства равномерно и прямолинейно.

Аналогично обстоит дело и со вторым законом Ньюто­на, в котором говорится только об ускорении, но не о ско­рости. Так как все воображаемые самолеты в абсолютном пространстве движутся равномерно и прямолинейно (т. е. с ускорениями, равными нулю), то ускорение тела относи­тельно любого самолета будет точно таким же, как уско­рение относительно абсолютного пространства. Следова­тельно, если второй закон Ньютона действителен в абсо­лютной системе отсчета, то он будет правилен и в любой другой системе отсчета, движущейся относительно абсо­лютного пространства равномерно и прямолинейно.

Формулируя законы движения, Ньютон имел в виду движение только по отношению к абсолютному простран­ству. В действительности же эти законы пригодны во всех системах отсчета, которые движутся относительно абсолютного пространства равномерно и прямолинейно.

Все системы отсчета, в которых справедливы законы Ньютона, мы будем в дальнейшем называть инерциальными системами. Другими словами, инерциальные системы — это системы отсчета, где все свободные тела движут­ся без ускорения. Так как законы Ньютона справедливы для абсолютного пространства, то и абсолютное пространс­тво само следует считать одной из инерциальных систем.

В системах отсчета, которые движутся относительно абсолютного пространства с ускорением, законы Ньютона не выполняются. В повседневной жизни мы давно к этому привыкли. Мы хорошо знаем, что во время внезапной остановки поезда ощущается толчок. Когда поезд останав­ливается, его движение относительно абсолютного прост­ранства не является равномерным, поезд перестает быть инерциальной системой, и мы это чувствуем. Внезапный толчок есть не что иное, как ускоренное движение, кото­рое произошло без воздействия реальной силы. Сила тре­ния о пол вагона в данном случае не имеет определяющего значения, она только помогает нам установить равновесие. Как видим, в неинерциальной системе ускоренные движе­ния происходят также при отсутствии силы. В таких си­стемах второй закон Ньютона не применим. В неинерциальных системах не соблюдается и первый закон Ньютона, так как в них свободные тела движутся с ускорениями.

Считая законы Ньютона истинными законами приро­ды, мы тем самым ставим инерциальные системы в пред­почтительное положение по сравнению с остальными си­стемами. Это значит, что правильной является только кар­тина движения в инерциальных системах отсчета.

rss