Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции_физика_механика_Тронева / Лекц.5а Ур. Ньютона для неинерц. системы отсчета.pptx
Скачиваний:
60
Добавлен:
22.06.2018
Размер:
1.14 Mб
Скачать

УРАВНЕНИЯ НЬЮТОНА ДЛЯ НЕИНЕРЦИАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА

Лекция 5 а

Неинерциальные системы отсчета

Неинерциальной системой отсчёта называется система, движущаяся ускоренно относительно инерциальной.

Законы Ньютона справедливы только в инерциальных системах отсчета.

Поэтому все рассматриваемые до сих пор вопросы относились к инерциальным системам.

Однако на практике часто приходится иметь дело с неинерциальной системой отсчёта.

Изучая движение в неинерциальных системах отсчета Эйнштейн сформулировал один из важнейших общих принципов физики – принцип эквивалентности, который был положен в основу общей теории относительности (теории тяготения).

Основное свойство неинерциальных систем состоит в том, что в этих системах существуют поля ускорения, не обусловленные действием реальных сил.

Чтобы упростить описание и расчеты, эти ускорения в неинерциальных системах приписывают действию фиктивных сил, т.е. сил не связанных со взаимодействием тел системы. Такие силы называются силами инерции.

Силы инерции

Силы инерции вводят специально, чтобы воспользоваться уравнения Ньютона в неинерциальной системе.

Силы инерции обусловлены не взаимодействием тел, а свойствами самих инерциальных систем отсчета.

Силы инерции неинвариантны относительно перехода из одной системы отсчета в другую.

Силы инерции всегда являются внешними по отношению к любому движению системы материальных тел.

На силы инерции законы Ньютона не распространяются.

Если учесть силы инерции, то второй закон Ньютона будет справедлив для любой системы отсчета: произведение массы тела на ускорение в рассматриваемой системе отсчета равно сумме всех сил, действующих на данное тело (включая и силы инерции):

= + ,

-ускорение тела в неинерциальной системе отсчета,

- ускорение тела в инерциальной системе отсчета,

=

Силы инерции обусловлены ускоренным движением системы отсчета относительно измеряемой системы. Поэтому в общем случае нужно учитывать следующие случаи проявления этих сил.

Силы инерции при ускоренном поступательном движении системы отсчета

Пусть на тележке к штативу на нити подвешен шарик массой т . Пока тележка покоится или движется равномерно и прямолинейно, нить, удерживающая шарик, занимает вертикальное положение и сила тяжести = уравновешивается силой реакции нити .

Если тележку привести в поступательное движение с ускорением ,то нить начнет отклоняться от вертикали назад до такого угла α, пока

 

результирующая сила = + не обеспечит ускорение шарика, равное .

Таким образом, результирующая сила направлена в сторону

 

ускорения тележки и для установившегося движения шарика (шарик

 

теперь движется вместе с тележкой с ускорением равна

откуда

,

т. е. угол отклонения нити от вертикали тем больше, чем больше ускорение тележки.

Относительно системы отсчета, связанной с ускоренно движущейся тележкой, шарик покоится, что возможно, если сила уравновешивается равной и противоположно направленной ей силой , которая является ничем иным, как силой инерции, так как на шарик никакие другие силы не действуют.

Таким образом = - m

Силы инерции, действующие на тело, покоящееся во вращающейся системе отсчета

Пусть диск равномерно вращается с угловой скоростью ω (ω = const) ) вокруг вертикальной оси, проходящей через его центр.

На диске, на разных расстояниях от оси вращения, установлены маятники (на нитях подвешены шарики массой m).

При вращении маятников вместе с диском шарики отклоняются от вертикали на некоторый угол.

В инерциальной системе отсчета, связанной, например, с помещением, где установлен диск, шарик равномерно вращается по окружности радиусом R (расстояние от центра вращающегося шарика до оси вращения).

Следовательно, на него действует сила, модуль которой равен

F = R и направлена сила перпендикулярно оси вращения диска. Она является равнодействующей силы тяжести = и силы натяжения нити : = + Когда движение шарика установится, то F = mg tgα = R, откуда tgα = /g.