☰ Содержание · Физика

Принцип Галилея и движение в поле тяготения

Уроки 10–11 · 2 урока · Н. Ш. Турдиев, К. А. Турсунметов, А. Г. Ганиев, К. Т. Суяров, Ж. Э. Усаров, А. К. Авлиёкулов. Физика, 10 класс, 1-е издание. Издательство «Niso Poligraf», Ташкент, 2017
10

Принцип относительности Галилея. Инерциальные и неинерциальные системы отсчёта

Учебник: с. 32–34
ЦельПонимать принцип относительности Галилея, различать инерциальные и неинерциальные системы отсчёта и складывать скорости.
Новые слова
система отсчёта · sanoq sistemasiпринцип относительности · nisbiylik prinsipiнеинерциальная система · noinersial sistemaсила инерции · inersiya kuchi
Объяснение

Система отсчёта — это тело, система координат и часы, относительно которых описывается движение. Системы, покоящиеся или движущиеся относительно Земли с постоянной скоростью по прямой, — инерциальные системы отсчёта. Принцип относительности Галилея: механические процессы протекают одинаково во всех инерциальных системах; механический опыт в закрытой комнате не может показать, покоится комната или движется равномерно. Правило сложения скоростей: скорость тела относительно «неподвижной» системы равна υ = u + υ′ (векторно), где u — скорость движущейся системы, а υ′ — скорость тела относительно неё. В инерциальных системах время, масса, ускорение и сила одинаковы (инвариантны), поэтому законы Ньютона выглядят одинаково во всех них. Система, движущаяся с ускорением (или вращающаяся), неинерциальна: чтобы пользоваться там законами Ньютона, к силам со стороны других тел добавляют силу инерции Fᵢ = –m·a (a — ускорение системы). Из-за вращения Земли ускорение на экваторе ≈ 0,034 м/с², что намного меньше g, поэтому Землю считают приближённо инерциальной.

Примеры
Поезд движется со скоростью 20 м/с. Пассажир, идущий по ходу движения со скоростью 2 м/с, имеет скорость 20 + 2 = 22 м/с относительно земли; идя назад, 20 – 2 = 18 м/с.
Маятник висит в тележке, движущейся с ускорением a = 7,5 м/с² (g = 10 м/с²). Маятник покоится относительно тележки: tgα = a/g = 0,75, α ≈ 37°. Относительно земли маятник тоже движется с ускорением a (сила натяжения нити и вес дают результирующую силу).
Работа в классе

Только вместе с учителем: ученик, медленно идущий по классу, слегка подбрасывает маленький мяч прямо вверх и ловит его. Куда он упадёт? Нарисуйте траекторию с точки зрения идущего и неподвижного наблюдателя. Не бегайте.

Упражнения
1
Какие системы отсчёта называются инерциальными?
2
Поезд движется со скоростью 25 м/с, а человек идёт назад внутри вагона со скоростью 2 м/с относительно него. Какова скорость человека относительно земли (м/с)?
3
Маятник в тележке отклоняется от вертикали так, что tgα = 0,75 (g = 10 м/с²). Каково ускорение тележки (м/с²)?
4
Почему Землю можно считать приближённо инерциальной системой?