Явление инерции
Проведем наблюдения за поведением различных тел относительно Земли, выбрав неподвижную систему отсчета, связанную с поверхностью Земли. Мы обнаружим, что скорость любого тела изменяется только под действием других тел. Например, пусть тело стоит на неподвижной тележке. Толкнем тележку - и тело опрокинется против движения. Если же, наоборот, резко остановить двигающуюся тележку с телом, оно опрокинется по направлению движения. Более аккуратные исследования показывают, что если бы трение между тележкой и телом отсутствовало, то тело бы не опрокинулось. В первом случае произошло бы следующее: так как скорость стоящего тела равна нулю, а скорость тележки стала увеличиваться, тележка выскользнула бы из-под неподвижного тела вперед. Во втором случае при торможении тележки стоящее на ней тело сохранило бы свою скорость движения и соскользнуло вперед с остановившейся тележки.
Первый закон Ньютона.
Иногда этот закон еще называют законом инерции. А состоит он в том, что тело, на которое не действуют другие тела, покоится или движется с постоянной скоростью (в жизни мы говорим, что тело движется по инерции). Движение с постоянной скоростью (возможно и равной нулю) это движение без ускорения (с нулевым ускорением). Здесь сразу возникает вопрос,: «в какой системе отсчета не взаимодействующее тело имеет нулевое ускорение?». Такие системы отсчета называются инерциальными и общее между ними то, что они движутся друг относительно друга поступательно и с постоянной скоростью (см. (3)). Однако этого недостаточно. Действительно если мы имеем две системы отсчета, которые движутся друг относительно друга с постоянной скоростью, то они совсем не обязательно являются инерциальными. Может быть, каждая из этих систем движется с ускорением (общим для этих двух систем) относительно настоящей инерциальной системы отсчета. Таким образом, необходимо указать хотя бы одну систему, которую мы можем считать инерциальной. Из экспериментов было получено, что такой системой является гелиоцентрическая система отсчета. Гелиоцентрической системой отсчета называют систему с началом координат в центре Солнца и осями, направленными на три "неподвижные" звезды. Таким образом, инерциальной является система отсчета, которая движется поступательно относительно гелиоцентрической системы отсчета.
Итак, первый закон Ньютона утверждает
Существуют инерциальные системы отсчета, в которых материальная точка, не взаимодействующая с другими телами, движется с постоянной скоростью (или покоится).
Одной из инерциальных систем является гелиоцентрическая система отсчета.
Система отсчета, которая движется поступательно и с постоянной скоростью относительно какой-то инерциальной системы отсчета также является инерциальной.
Вообще-то третье утверждение следует
из (3). Действительно, если
и
,
то и
.
Но знать это нужно. Утверждение о том,
механические явления протекают одинаково
(описываются одними и теми же уравнениями)
во всех инерциальных системах отсчета
— составляет принцип относительности
Галилея. Преобразование из одной
инерциальной системы отсчета в другую
имеет вид:
|
(4a) |
|
(4b) |
|
(4c) |
Часто ось X выбирают вдоль
скорости движения штрихованной системы
отсчета,
и преобразование записывают в виде:
|
(5) |
и обратное преобразование:
|
(6) |
