حاول الفلاسفة القدماء فهم جوهر الحركة ، للكشف عن تأثير النجوم والشمس على الإنسان. بالإضافة إلى ذلك ، حاول الناس دائمًا تحديد القوى التي تعمل على نقطة مادية في عملية حركتها ، وكذلك في لحظة الراحة.
اعتقد أرسطو أنه في غياب الحركة لا يتأثر الجسم بأي قوى. دعنا نحاول معرفة الإطارات المرجعية التي تسمى بالقصور الذاتي ، وسنقدم أمثلة عليها.
حالة الراحة
في الحياة اليومية يصعب اكتشاف مثل هذه الحالة. في جميع أنواع الحركة الميكانيكية تقريبًا ، يُفترض وجود قوى خارجية. والسبب هو قوة الاحتكاك التي لا تسمح للكثير من الأشياء بمغادرة مكانها الأصلي لترك حالة السكون.
بالنظر إلى أمثلة الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي ، نلاحظ أنها جميعًا تتوافق مع قانون نيوتن الأول. فقط بعد اكتشافه كان من الممكن شرح حالة السكون ، للإشارة إلى القوى المؤثرة في هذه الحالة على الجسم.
صياغة قانون نيوتن الأول
في التفسير الحديث ، يشرح وجود أنظمة إحداثيات ، والتي يمكن للمرء أن ينظر إليها في غياب القوى الخارجية التي تعمل على نقطة مادية. من وجهة نظر نيوتن ، تسمى الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي ، والتي تسمح لنا بالنظر في الحفاظ على سرعة الجسم على مدى فترة طويلة.
تعريفات
ما هي الأطر المرجعية بالقصور الذاتي؟ يتم دراسة أمثلة منهم في مقرر الفيزياء المدرسية. تعتبر الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي هي تلك الأنظمة التي تتحرك فيها نقطة المادة بسرعة ثابتة. أوضح نيوتن أن أي جسم يمكن أن يكون في حالة مماثلة طالما لا توجد حاجة لتطبيق قوى عليه يمكن أن تغير مثل هذه الحالة.
في الواقع ، قانون القصور الذاتي لا يتم الوفاء به في جميع الحالات. تحليل أمثلة من الأطر المرجعية بالقصور الذاتي وغير بالقصور الذاتي ، فكر في شخص تمسك بالدرابزين في مركبة متحركة. عندما تقوم السيارة بالفرملة بشكل حاد ، يتحرك الشخص تلقائيًا بالنسبة للمركبة ، على الرغم من عدم وجود قوة خارجية.
اتضح أنه ليست كل الأمثلة للإطار المرجعي بالقصور الذاتي تتوافق مع صياغة قانون نيوتن الأول. لتوضيح قانون القصور الذاتي ، تم تقديم تعريف دقيق للأنظمة المرجعية التي يتم الوفاء بها بدقة.
أنواع النظم المرجعية
ما تسمى الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي؟ سوف يتضح قريبا. "أعط أمثلة على أنظمة مرجعية بالقصور الذاتي يتم فيها تلبية قانون نيوتن الأول" -يتم عرض مهمة مماثلة على تلاميذ المدارس الذين اختاروا الفيزياء كامتحان في الصف التاسع. من أجل التعامل مع المهمة ، من الضروري أن يكون لديك فكرة عن الإطارات المرجعية بالقصور الذاتي وغير بالقصور الذاتي.
القصور الذاتي يتضمن الحفاظ على الراحة أو الحركة المستقيمة المنتظمة للجسم طالما أن الجسم في عزلة. الأجساد "المعزولة" هي تلك التي لا ترتبط ولا تتفاعل ويتم إزالتها من بعضها البعض.
دعونا ننظر في بعض الأمثلة للإطار المرجعي بالقصور الذاتي. بافتراض وجود نجم في المجرة كإطار مرجعي ، بدلاً من ناقل متحرك ، فإن تطبيق قانون القصور الذاتي للركاب المتمسكين بالسكك الحديدية سيكون بلا عيب.
أثناء الفرملة ، ستستمر هذه المركبة في التحرك بشكل موحد في خط مستقيم حتى تتأثر بأجسام أخرى.
ما هي الأمثلة للإطار المرجعي بالقصور الذاتي التي يمكنك تقديمها؟ لا ينبغي أن يكون لديهم اتصال مع الجسم الذي تم تحليله ، والتأثير على خمولها.
بالنسبة لمثل هذه الأنظمة يتم الوفاء بقانون نيوتن الأول. في الحياة الواقعية ، من الصعب التفكير في حركة الجسم بالنسبة للإطارات المرجعية بالقصور الذاتي. من المستحيل الوصول إلى نجم بعيد لإجراء تجارب أرضية منه.
يتم قبول الأرض كنظم مرجعية شرطية ، على الرغم من حقيقة أنها مرتبطة بالأشياء الموضوعة عليها.
من الممكن حساب التسارع في الإطار المرجعي بالقصور الذاتي إذا اعتبرنا سطح الأرض هو الإطار المرجعي. في الفيزياء ، لا يوجد سجل رياضي لقانون نيوتن الأول ، ولكنه أساسهاشتقاق العديد من التعريفات والمصطلحات المادية.
أمثلة على إطارات مرجعية بالقصور الذاتي
يجد طلاب المدارس أحيانًا صعوبة في فهم الظواهر الفيزيائية. يُعرض على طلاب الصف التاسع مهمة المحتوى التالي: ما الأطر المرجعية التي تسمى بالقصور الذاتي؟ أعط أمثلة على هذه الأنظمة. افترض أن العربة مع الكرة تتحرك في البداية على سطح مستو بسرعة ثابتة. ثم تتحرك على طول الرمال ، ونتيجة لذلك ، يتم ضبط الكرة في حركة متسارعة ، على الرغم من عدم وجود قوى أخرى تؤثر عليها (تأثيرها الكلي هو صفر).
يمكن تفسير جوهر ما يحدث من خلال حقيقة أنه أثناء التحرك على سطح رملي ، يتوقف النظام عن القصور الذاتي ، ولديه سرعة ثابتة. تشير أمثلة الأطر المرجعية بالقصور الذاتي وغير بالقصور الذاتي إلى أن انتقالها يحدث في فترة زمنية معينة.
عندما يتسارع الجسم يكون لتسارعه قيمة موجبة وعند الفرملة يصبح هذا الرقم سلبيا.
حركة منحنية
بالنسبة إلى النجوم والشمس ، تتم حركة الأرض على طول مسار منحني ، له شكل القطع الناقص. هذا الإطار المرجعي ، حيث يتم محاذاة المركز مع الشمس ، ويتم توجيه المحاور إلى نجوم معينة ، سيتم اعتباره بالقصور الذاتي.
لاحظ أن أي إطار مرجعي يتحرك في خط مستقيم وبشكل موحد بالنسبة إلى مركزية الشمسالنظام بالقصور الذاتي. يتم تنفيذ الحركة المنحنية مع بعض التسارع.
نظرًا لحقيقة أن الأرض تتحرك حول محورها ، الإطار المرجعي ، المرتبط بسطحها ، بالنسبة إلى حركات مركزية الشمس مع بعض التسارع. في مثل هذه الحالة ، يمكننا أن نستنتج أن الإطار المرجعي ، المرتبط بسطح الأرض ، يتحرك مع تسارع نسبة إلى مركزية الشمس ، لذلك لا يمكن اعتباره قصورًا ذاتيًا. لكن قيمة تسريع مثل هذا النظام صغيرة جدًا لدرجة أنه في كثير من الحالات يؤثر بشكل كبير على خصوصيات الظواهر الميكانيكية التي تعتبر مرتبطة بها.
لحل المشكلات العملية ذات الطبيعة التقنية ، من المعتاد اعتبار الإطار المرجعي بالقصور الذاتي المرتبط ارتباطًا وثيقًا بسطح الأرض.
النسبية الجليل
كل الأطر المرجعية بالقصور الذاتي لها خاصية مهمة ، والتي وصفها مبدأ النسبية. يكمن جوهرها في حقيقة أن أي ظاهرة ميكانيكية في ظل نفس الظروف الأولية تتم بنفس الطريقة ، بغض النظر عن الإطار المرجعي المختار.
يتم التعبير عن المساواة في ISO وفقًا لمبدأ النسبية في الأحكام التالية:
- في مثل هذه الأنظمة ، تكون قوانين الميكانيكا هي نفسها ، لذا فإن أي معادلة موصوفة من قبلهم ، معبراً عنها من حيث الإحداثيات والوقت ، تظل كما هي.
- نتائج التجارب الميكانيكية الجارية تجعل من الممكن تحديد ما إذا كان الإطار المرجعي سيكون في حالة راحة ، أو ما إذا كانحركة موحدة مستقيمة. يمكن التعرف على أي نظام بشكل مشروط على أنه ثابت إذا تحرك الآخر في نفس الوقت بالنسبة إليه بسرعة معينة.
- تبقى معادلات الميكانيكا دون تغيير فيما يتعلق بتنسيق التحولات في حالة الانتقال من نظام إلى آخر. يمكنك وصف الظاهرة نفسها في أنظمة مختلفة ، لكن طبيعتها الفيزيائية لن تتغير.
حل المشكلات
المثال الأول.
تحديد ما إذا كان الإطار المرجعي بالقصور الذاتي هو: أ) قمر صناعي للأرض ؛ ب) جاذبية الأطفال.
إجابة. في الحالة الأولى ، ليس هناك شك في وجود نظام مرجعي بالقصور الذاتي ، حيث يتحرك القمر الصناعي في مداره تحت تأثير قوة الجاذبية ، لذلك تحدث الحركة ببعض التسارع.
لا يمكن اعتبار الجاذبية أيضًا نظامًا بالقصور الذاتي ، نظرًا لأن حركته الدورانية تحدث مع بعض التسارع.
المثال الثاني
يرتبط نظام الإبلاغ ارتباطًا وثيقًا بالمصعد. في أي الحالات يمكن أن يسمى بالقصور الذاتي؟ إذا كان المصعد: أ) سقط ؛ ب) يتحرك بشكل متساوٍ ؛ ج) يرتفع بسرعة د) موجه نحو الأسفل بالتساوي
إجابة. أ) في حالة السقوط الحر ، يظهر التسارع ، وبالتالي لن يكون الإطار المرجعي المرتبط بالمصعد قصورًا ذاتيًا.
ب) مع حركة موحدة للمصعد ، يكون النظام بالقصور الذاتي.
ج) عند التحرك ببعض التسارع ، يعتبر الإطار المرجعي قصورًا ذاتيًا.
د) يتحرك المصعد ببطء ، وله تسارع سلبي ، فلا يمكنك ذلكاستدعاء الإطار المرجعي بالقصور الذاتي.
الخلاصة
طوال فترة وجودها ، كانت البشرية تحاول فهم الظواهر التي تحدث في الطبيعة. قام جاليليو جاليلي بمحاولات لشرح نسبية الحركة. نجح إسحاق نيوتن في اشتقاق قانون القصور الذاتي ، والذي بدأ استخدامه باعتباره الافتراض الرئيسي في الحسابات في الميكانيكا.
في الوقت الحالي ، يشتمل نظام الكشف عن موضع الجسم على الجسم ، وجهاز تحديد الوقت ، بالإضافة إلى نظام الإحداثيات. اعتمادًا على ما إذا كان الجسم يتحرك أو ثابتًا ، من الممكن تحديد موضع كائن معين في الفترة الزمنية المطلوبة.
