Глава 1. § 11. Инерциальные системы отсчёта. Первый закон Ньютона — с. 52
§ 11. Вопрос 1. Как движется тело, если на него не действуют другие тела?
Если на тело не действуют другие тела (или их действия компенсируют друг друга), оно сохраняет свою скорость неизменной по модулю и направлению: покоится или движется прямолинейно и равномерно. Это закон инерции.
§ 11. Вопрос 2. Чем отличаются взгляды Галилея от взглядов Аристотеля в вопросе об условиях равномерного движения тел?
По Аристотелю, при отсутствии внешнего воздействия тело может только покоиться, а для движения с постоянной скоростью на него нужно непрерывно действовать другим телом. Галилей показал, что без внешних воздействий тело может не только покоиться, но и двигаться прямолинейно и равномерно. Сила нужна лишь для того, чтобы уравновесить другие силы, например силу трения.
§ 11. Вопрос 3. Как проводился опыт, изображённый на рисунке 31, и какие выводы из него следуют?
На тележке находятся два шарика: один лежит на горизонтальной поверхности, другой подвешен на нити. Пока тележка движется прямолинейно и равномерно относительно Земли, шарики покоятся относительно тележки. Когда тележка попадает на песчаную насыпь и тормозит, шарики приходят в движение относительно тележки, хотя никакие тела их не толкают. Вывод: в системе отсчёта, связанной с равномерно движущейся тележкой, закон инерции выполняется, а в системе отсчёта, связанной с тормозящей тележкой, не выполняется.
§ 11. Вопрос 4. Дайте современную формулировку первого закона Ньютона.
Существуют такие системы отсчёта, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной (по модулю и направлению), если на них не действуют другие тела или действия других тел компенсируются.
§ 11. Вопрос 5. Какие системы отсчёта называют инерциальными; неинерциальными?
Приведите примеры.
Инерциальными называют системы отсчёта, в которых выполняется закон инерции (первый закон Ньютона); неинерциальными — те, в которых он не выполняется. Любая система отсчёта, движущаяся относительно инерциальной с постоянной по модулю и направлению скоростью, тоже инерциальна. Системы, движущиеся относительно инерциальных с ускорением, неинерциальны. Примеры: система, связанная с Землёй (в обычных опытах), и система, связанная с равномерно движущейся тележкой, инерциальны; система, связанная с тормозящей тележкой или разгоняющимся поездом, неинерциальна.
§ 11. Упражнение 11.
1. На столе в равномерно и прямолинейно движущемся поезде стоит легкоподвижный игрушечный автомобиль. При торможении поезда автомобиль без внешнего воздействия покатился вперёд, сохраняя свою скорость относительно поверхности Земли.
Выполняется ли закон инерции: а) в системе отсчёта, связанной с Землёй; б) в системе отсчёта, связанной с поездом, во время его прямолинейного и равномерного движения; во время торможения?
Можно ли в описанном случае считать инерциальной систему отсчёта, связанную с Землёй; с поездом?
Выполняется ли закон инерции: а) в системе отсчёта, связанной с Землёй; б) в системе отсчёта, связанной с поездом, во время его прямолинейного и равномерного движения; во время торможения?
Можно ли в описанном случае считать инерциальной систему отсчёта, связанную с Землёй; с поездом?
а) В системе отсчёта, связанной с Землёй, закон инерции выполняется: на автомобиль в горизонтальном направлении ничто не действует, и он сохраняет свою скорость относительно Земли.
б) В системе отсчёта, связанной с поездом, пока поезд движется прямолинейно и равномерно, закон инерции выполняется: автомобиль покоится относительно поезда. Во время торможения закон инерции не выполняется: автомобиль приходит в движение относительно поезда (катится вперёд) без действия на него других тел.
Вывод: систему отсчёта, связанную с Землёй, в этом случае можно считать инерциальной. Систему отсчёта, связанную с поездом, можно считать инерциальной, пока он движется равномерно и прямолинейно, но нельзя — во время торможения (он движется с ускорением).
б) В системе отсчёта, связанной с поездом, пока поезд движется прямолинейно и равномерно, закон инерции выполняется: автомобиль покоится относительно поезда. Во время торможения закон инерции не выполняется: автомобиль приходит в движение относительно поезда (катится вперёд) без действия на него других тел.
Вывод: систему отсчёта, связанную с Землёй, в этом случае можно считать инерциальной. Систему отсчёта, связанную с поездом, можно считать инерциальной, пока он движется равномерно и прямолинейно, но нельзя — во время торможения (он движется с ускорением).