Политика   |   Экономика   |   В мире   |   Происшествия   |   Природа   |   Социум   |   Онлайн

Понятие инерциальных систем отсчета

Обладая начальными данными, для любого движущегося тела можно рассчитать значение его ускорения, скорости, расположения (координат) и пр. Все подобные расчеты выполняются в рамках кинематики. Однако данный раздел науки не изучает самих процессов, возникающих при механическом перемещении. Ответить на вопросы о характеристиках движения, причине импульса ускорения может динамика.

Возьмем коробок с одной спичкой внутри и начнем его перемещать по столу в одном направлении с одной и той же скоростью. Что происходит со спичкой? Она покоится или перемещается? Все зависит от того, какую систему отсчета мы выберем основной. По отношению к коробку спичка покоится, а вот если посмотреть на происходящее со стороны (например, того же стола), то перемещается. Общее в обоих случаях то, что скорость спички постоянна. Для ее изменения необходимо оказать на коробок и спичку внешнее воздействие, например, столкнуть со стола. Именно этим характеризуются инерциальные системы отсчета. Предположим, что мы находимся в коробке рядом со спичкой. Так как внешнее воздействие неочевидно, то в момент падения можно подумать, будто спичка сама по себе пришла в движение, приобретя импульс ускорения. А вот если посмотреть на происходящее, находясь на столе, то поведение спички легко объясняется изменением скорости движения коробка. Фактически, мы описали инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Для первых характерно действие сторонних сил, а для вторых полученное ускорение внешними силами объяснить нельзя. В данном примере инерциальные системы отсчета связаны с поверхностью стола и любым другим предметом вне коробка, так как очевидно внешнее воздействие на изучаемый объект. Проблемой систем отсчета интересовались такие видные ученые древности, как Галилей и Аристотель. Лишь в 17 веке И. Ньютон на основе их работ сформулировал свое первое правило инерции, более известное как Первый закон Ньютона.

Он гласит, что допустимо существование таких систем отсчета, при которых на тело не оказывается внешнего воздействия со стороны других тел, а скорость движения не изменяется ни по значению, ни по направленности. Если воздействий несколько, но они уравновешиваются, то действует то же правило, которое используют инерциальные системы отсчета (ИСО). Если рассматривать одну систему отсчета относительно другой, при неизменных модуле и значении скорости, то можно утверждать, что в природе существует огромное количество ИСО. Следовательно, инерциальные системы отсчета окружают нас повсюду.

Намного проще понять Первый закон Ньютона, если ознакомиться с выводами его предшественников – Аристотеля и Галилея.

Аристотель утверждал, что если на тело не оказывается какого-либо стороннего воздействия, то естественное его состояние – покой. В случае же перемещения тела с неизменной скоростью должна присутствовать внешняя сила.

Галилей дополнил эти выводы: отсутствие внешнего воздействия вовсе не означает, что тело не может двигаться равномерно и без изменения направления. Сама же сила, оказывающая действие, растрачивается на компенсацию притяжения, трения и пр.

Инерциальная система полностью основана на Первом законе, согласно которому любое тело покоится или равномерно движется до тех пор, пока внешняя сила не изменяет его состояния. Важная особенность: данный закон можно выполняется не во всех возможных системах отсчета.

Инерциальная система блестяще подтверждается и активно используется в небесной механике и космонавтике (гелиоцентрическая система). При этом следует оговориться, что не существует такой системы отсчета, которая бы являлась инерциальной для всех возможных процессов рассматриваемой системы.