يسمى الإطار المرجعي بالقصور الذاتي المرتبط بالشمس. الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي

أسئلة.

1. كيف يتحرك الجسم إذا لم تؤثر عليه الأجسام الأخرى؟

يتحرك الجسم بشكل منتظم ومستقيم، أو يكون في حالة سكون.

2. يتحرك الجسم في خط مستقيم وبشكل منتظم. هل هذا يغير سرعته؟

إذا تحرك الجسم بشكل منتظم ومستقيم فإن سرعته لا تتغير.

3. ما هي الآراء المتعلقة بحالة السكون وحركة الأجسام التي كانت موجودة قبل بداية القرن السابع عشر؟

حتى بداية القرن السابع عشر، سادت نظرية أرسطو القائلة بأنه إذا لم يكن هناك تأثير خارجي عليه، فإنه يمكن أن يكون في حالة سكون، ولكي يتحرك بسرعة ثابتة، يجب أن يتصرف جسم آخر بشكل مستمر هو - هي.

4. كيف تختلف وجهة نظر جاليليو فيما يتعلق بحركة الأجسام عن وجهة نظر أرسطو؟

تختلف وجهة نظر جاليليو حول حركة الأجسام عن وجهة نظر أرسطو في أن الأجسام يمكن أن تتحرك في غياب القوى الخارجية.

5. كيف تم تنفيذ التجربة الموضحة في الشكل 19، وما هي الاستنتاجات التي تترتب عليها؟

التقدم المحرز في التجربة. هناك كرتان على عربة تتحركان بشكل منتظم وفي خط مستقيم بالنسبة إلى الأرض. تقع كرة واحدة في الجزء السفلي من العربة، والثانية معلقة على الخيط. تكون الكرات في حالة سكون بالنسبة للعربة، لأن القوى المؤثرة عليها متوازنة. عند الكبح، تبدأ كلتا الكرات في التحرك. إنهم يغيرون سرعتهم بالنسبة للعربة، على الرغم من عدم وجود قوى تؤثر عليهم. الاستنتاج: وبالتالي، في النظام المرجعي المرتبط بعربة الكبح، قانون القصور الذاتي غير مستوفي.

6. كيف يُقرأ قانون نيوتن الأول؟ (في الصياغة الحديثة)؟

قانون نيوتن الأول في صياغته الحديثة: توجد مثل هذه الأنظمة المرجعية بالنسبة للأجسام التي تحتفظ بسرعتها دون تغيير إذا لم يتم التأثير عليها من قبل أجسام أخرى (قوى) أو يتم تعويض عمل هذه الأجسام (القوى) (يساوي صفرًا).

7. ما هي الأنظمة المرجعية التي تسمى بالقصور الذاتي وأيها تسمى غير بالقصور الذاتي؟

تسمى الأنظمة المرجعية التي يتحقق فيها قانون القصور الذاتي بالقصور الذاتي، والتي لا يتحقق فيها هذا القانون تسمى بالقصور الذاتي.

نعم يمكنك ذلك. وهذا يتبع من تعريف الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي.

9. هل يتحرك الإطار المرجعي بتسارع بالقصور الذاتي مقارنة بأي إطار بالقصور الذاتي؟

لا، ليس بالقصور الذاتي.

تمارين.

1. على طاولة، في قطار متحرك بشكل منتظم ومستقيم، توجد سيارة لعبة تتحرك بخفة. وعندما فرملة القطار، تقدمت السيارة إلى الأمام دون أي تأثير خارجي، وحافظت على سرعتها بالنسبة إلى الأرض.
هل يتم تحقيق قانون القصور الذاتي: أ) في الإطار المرجعي المرتبط بالأرض؛ ب) في الإطار المرجعي المرتبط بالقطار أثناء حركته المستقيمة والمنتظمة؟ أثناء الكبح؟
في الحالة الموصوفة، هل يمكن اعتبار الإطار المرجعي المرتبط بالأرض بالقصور الذاتي؟ مع القطار؟

أ) نعم قانون القصور الذاتي محقق في جميع الحالات، لأن استمرت الآلة في التحرك بالنسبة إلى الأرض؛ ب) في حالة الحركة المنتظمة والخطية للقطار، يكون قانون القصور الذاتي محققًا (السيارة ثابتة)، ولكن عند الكبح لا يكون كذلك. في جميع الأحوال، الأرض هي إطار مرجعي بالقصور الذاتي، والقطار لا يتحرك إلا في حركة منتظمة ومستقيمة.

نقدم انتباهكم إلى درس فيديو مخصص لموضوع "الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي". قانون نيوتن الأول"، والذي تم تضمينه في دورة الفيزياء للصف التاسع. في بداية الدرس، سيذكرك المعلم بأهمية الإطار المرجعي المختار. وبعد ذلك سيتحدث عن صحة ومميزات النظام المرجعي المختار، ويشرح أيضًا مصطلح “القصور الذاتي”.

تحدثنا في الدرس السابق عن أهمية اختيار الإطار المرجعي. دعونا نذكرك أن المسار والمسافة المقطوعة والسرعة ستعتمد على كيفية اختيارنا لثاني أكسيد الكربون. هناك عدد من الميزات الأخرى المرتبطة باختيار النظام المرجعي، وسنتحدث عنها.

أرز. 1. اعتماد مسار الحمولة المتساقطة على اختيار النظام المرجعي

في الصف السابع، درست مفهومي "القصور الذاتي" و"القصور الذاتي".

الجمود - هذا ظاهرةحيث يميل الجسم إلى الحفاظ على حالته الأصلية. فإذا كان الجسم يتحرك فعليه أن يسعى للمحافظة على سرعة هذه الحركة. وإذا كان في حالة سكون فإنه يجتهد في الحفاظ على حالة سكونه.

الجمود - هذا ملكيةتحافظ الأجسام على حالة الحركة.تتميز خاصية القصور الذاتي بكمية مثل الكتلة. وزن – قياس القصور الذاتي للجسم. كلما كان الجسم أثقل، زادت صعوبة تحريكه أو إيقافه.

يرجى ملاحظة أن هذه المفاهيم ترتبط ارتباطًا مباشرًا بمفهوم " الإطار المرجعي بالقصور الذاتي"(ISO)، والتي سيتم مناقشتها أدناه.

دعونا نفكر في حركة الجسم (أو حالة السكون) في الحالة التي لا يتأثر فيها الجسم بأجسام أخرى. تم اقتراح الاستنتاج حول كيفية تصرف الجسم في غياب عمل الأجسام الأخرى لأول مرة بواسطة رينيه ديكارت (الشكل 2) واستمر في تجارب جاليليو (الشكل 3).

أرز. 2. رينيه ديكارت

أرز. 3. جاليليو جاليلي

فإذا تحرك جسم ولم تؤثر عليه الأجسام الأخرى، بقيت الحركة ثابتة، وبقيت مستقيمة منتظمة. إذا لم تؤثر الأجسام الأخرى على الجسم، وكان الجسم في حالة راحة، فسيتم الحفاظ على حالة السكون. لكن من المعروف أن حالة السكون مرتبطة بنظام مرجعي: في أحد الإطارات المرجعية يكون الجسم في حالة راحة، وفي الإطار الآخر يتحرك بنجاح تام وبمعدل متسارع. تؤدي نتائج التجارب والاستدلال إلى استنتاج مفاده أنه ليس في جميع الأنظمة المرجعية، سيتحرك الجسم بشكل مستقيم وموحد أو يكون في حالة سكون في غياب عمل الأجسام الأخرى عليه.

وبالتالي، لحل المشكلة الرئيسية للميكانيكا، من المهم اختيار نظام الإبلاغ حيث لا يزال قانون القصور الذاتي مستوفيا، حيث يكون السبب الذي تسبب في التغيير في حركة الجسم واضحا. إذا كان الجسم يتحرك بشكل مستقيم وموحد في غياب عمل الأجسام الأخرى، فإن هذا الإطار المرجعي سيكون أفضل بالنسبة لنا، وسوف يسمى النظام المرجعي بالقصور الذاتي(ايزو).

رأي أرسطو في علة الحركة

يعد الإطار المرجعي بالقصور الذاتي نموذجًا مناسبًا لوصف حركة الجسم والأسباب التي تسبب هذه الحركة. ظهر هذا المفهوم لأول مرة بفضل إسحاق نيوتن (الشكل 5).

أرز. 5. إسحاق نيوتن (1643-1727)

تخيل اليونانيون القدماء الحركة بشكل مختلف تمامًا. سوف نتعرف على وجهة نظر أرسطو حول الحركة (الشكل 6).

أرز. 6. أرسطو

وفقا لأرسطو، هناك إطار مرجعي بالقصور الذاتي واحد فقط - الإطار المرجعي المرتبط بالأرض. جميع الأنظمة المرجعية الأخرى، وفقا لأرسطو، ثانوية. وعليه، يمكن تقسيم جميع الحركات إلى نوعين: 1) طبيعية، أي تلك التي تنقلها الأرض؛ 2) القسري، أي الجميع.

إن أبسط مثال على الحركة الطبيعية هو السقوط الحر للجسم على الأرض، حيث أن الأرض في هذه الحالة تضفي سرعة على الجسم.

دعونا نلقي نظرة على مثال للحركة القسرية. هذا هو الوضع الحصان الذي يجر عربة. بينما يمارس الحصان القوة، تتحرك العربة (الشكل 7). بمجرد توقف الحصان، توقفت العربة أيضًا. لا قوة - لا سرعة. ووفقا لأرسطو، فإن القوة هي التي تفسر وجود السرعة في الجسم.

أرز. 7. الحركة القسرية

حتى الآن، يعتبر بعض الناس العاديين وجهة نظر أرسطو عادلة. على سبيل المثال، حاول العقيد فريدريش كراوس فون زيلرغوت من "مغامرات الجندي الطيب شويك خلال الحرب العالمية" توضيح مبدأ "لا قوة - لا سرعة": "عندما نفد كل البنزين،" قال العقيد " اضطرت السيارة للتوقف. رأيت هذا بنفسي أمس. وبعد ذلك ما زالوا يتحدثون عن الجمود أيها السادة. إنها لا تذهب، إنها تقف هناك، لا تتحرك. لا البنزين! أليس هذا مضحكا؟"

كما هو الحال في الأعمال الاستعراضية الحديثة، حيث يوجد معجبون، سيكون هناك دائمًا منتقدون. كان لأرسطو أيضًا منتقدوه. اقترحوا عليه أن يقوم بالتجربة التالية: حرر الجثة، وسوف تقع بالضبط تحت المكان الذي أطلقناها فيه. ولنضرب مثالا على نقد نظرية أرسطو، أسوة بأمثلة معاصريه. تخيل أن طائرة تحلق ترمي قنبلة (الشكل 8). هل ستسقط القنبلة بالضبط تحت المكان الذي أطلقناها فيه؟

أرز. 8. الرسم التوضيحي على سبيل المثال

بالطبع لا. لكن هذه حركة طبيعية - حركة نقلتها الأرض. إذن ما الذي يجعل هذه القنبلة تتقدم للأمام؟ أجاب أرسطو بهذه الطريقة: الحقيقة هي أن الحركة الطبيعية التي تحدثها الأرض تهبط إلى أسفل مباشرة. ولكن عند تحركها في الهواء، يتم حمل القنبلة بعيدًا عن طريق اضطراباتها، ويبدو أن هذه الاضطرابات تدفع القنبلة إلى الأمام.

ماذا يحدث إذا تمت إزالة الهواء وتكوين فراغ؟ بعد كل شيء، إذا لم يكن هناك هواء، وفقا لأرسطو، يجب أن تقع القنبلة بالضبط تحت المكان الذي ألقيت فيه. جادل أرسطو أنه إذا لم يكن هناك هواء، فإن مثل هذا الموقف ممكن، ولكن في الواقع لا يوجد فراغ في الطبيعة، لا يوجد فراغ. وإذا لم يكن هناك فراغ فلا مشكلة.

وفقط غاليليو غاليلي صاغ مبدأ القصور الذاتي بالشكل الذي اعتدنا عليه. سبب التغير في السرعة هو عمل الأجسام الأخرى على الجسم. إذا لم تؤثر الأجسام الأخرى على الجسم أو تم تعويض هذا الفعل فإن سرعة الجسم لن تتغير.

يمكن إجراء الاعتبارات التالية فيما يتعلق بالإطار المرجعي بالقصور الذاتي. تخيل موقفًا عندما تتحرك السيارة، ثم يقوم السائق بإيقاف تشغيل المحرك، ثم تتحرك السيارة بالقصور الذاتي (الشكل 9). لكن هذه عبارة غير صحيحة لسبب بسيط وهو أنه مع مرور الوقت ستتوقف السيارة نتيجة الاحتكاك. ولذلك، في هذه الحالة لن تكون هناك حركة موحدة - أحد الشروط مفقود.

أرز. 9. تتغير سرعة السيارة نتيجة الاحتكاك

لنفكر في حالة أخرى: جرار كبير كبير يتحرك بسرعة ثابتة، بينما أمامه يسحب حمولة كبيرة باستخدام دلو. يمكن اعتبار هذه الحركة مستقيمة وموحدة، لأنه في هذه الحالة يتم تعويض جميع القوى المؤثرة على الجسم وتوازن بعضها البعض (الشكل 10). وهذا يعني أن الإطار المرجعي المرتبط بهذا الجسم يمكن اعتباره بالقصور الذاتي.

أرز. 10. يتحرك الجرار بشكل متساوي وفي خط مستقيم. يتم تعويض عمل جميع الهيئات

يمكن أن يكون هناك الكثير من الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي. في الواقع، لا يزال هذا النظام المرجعي مثاليًا، لأنه عند الفحص الدقيق لا توجد مثل هذه الأنظمة المرجعية بالمعنى الكامل. ISO هو نوع من المثالية الذي يسمح لك بمحاكاة العمليات الفيزيائية الحقيقية بشكل فعال.

بالنسبة للأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي، فإن صيغة جاليليو لإضافة السرعات صالحة. ونلاحظ أيضًا أن جميع الأنظمة المرجعية التي تحدثنا عنها سابقًا يمكن اعتبارها بالقصور الذاتي لبعض التقريب.

تمت صياغة القانون المخصص لـ ISO لأول مرة بواسطة إسحاق نيوتن. وتكمن ميزة نيوتن في أنه كان أول من أظهر علميا أن سرعة الجسم المتحرك لا تتغير على الفور، ولكن نتيجة لبعض الإجراءات مع مرور الوقت. وشكلت هذه الحقيقة الأساس لإنشاء القانون الذي نسميه قانون نيوتن الأول.

قانون نيوتن الأول : توجد مثل هذه الأنظمة المرجعية التي يتحرك فيها الجسم بشكل مستقيم وموحد أو يكون في حالة سكون إذا لم تؤثر أي قوى على الجسم أو تم تعويض جميع القوى المؤثرة على الجسم. تسمى هذه الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي.

وبطريقة أخرى، يقولون أحيانًا ما يلي: الإطار المرجعي بالقصور الذاتي هو نظام تتحقق فيه قوانين نيوتن.

لماذا تعتبر الأرض ثاني أكسيد الكربون غير بالقصور الذاتي؟ بندول فوكو

في عدد كبير من المسائل، من الضروري النظر في حركة الجسم بالنسبة إلى الأرض، بينما نعتبر الأرض بمثابة إطار مرجعي بالقصور الذاتي. وتبين أن هذا البيان ليس صحيحا دائما. وإذا نظرنا إلى حركة الأرض بالنسبة لمحورها أو بالنسبة للنجوم فإن هذه الحركة تحدث مع بعض التسارع. لا يمكن اعتبار ثاني أكسيد الكربون، الذي يتحرك بتسارع معين، قصورًا بالمعنى الكامل للكلمة.

تدور الأرض حول محورها، مما يعني أن جميع النقاط الواقعة على سطحها تغير اتجاه سرعتها بشكل مستمر. السرعة هي كمية متجهة. فإذا تغير اتجاهه ظهر بعض التسارع. لذلك، لا يمكن أن تكون الأرض ISO صحيحة. إذا قمنا بحساب هذا التسارع للنقاط الواقعة على خط الاستواء (النقاط التي لها أقصى تسارع بالنسبة للنقاط الواقعة بالقرب من القطبين)، فإن قيمته ستكون . يوضح المؤشر أن التسارع هو الجاذبية المركزية. بالمقارنة مع تسارع الجاذبية، يمكن إهمال التسارع ويمكن اعتبار الأرض إطارًا مرجعيًا بالقصور الذاتي.

ومع ذلك، خلال الملاحظات طويلة المدى، من المستحيل أن ننسى دوران الأرض. وقد أظهر هذا بشكل مقنع العالم الفرنسي جان برنارد ليون فوكو (الشكل 11).

أرز. 11. جان برنارد ليون فوكو (1819-1868)

بندول فوكو(الشكل 12) - إنه وزن ضخم معلق بخيط طويل جدًا.

أرز. 12. نموذج بندول فوكو

إذا تم إخراج بندول فوكو من التوازن، فسوف يصف المسار التالي بخلاف الخط المستقيم (الشكل 13). يحدث إزاحة البندول بسبب دوران الأرض.

أرز. 13. تذبذبات بندول فوكو. منظر علوي.

يرجع دوران الأرض إلى عدد من الحقائق الأخرى المثيرة للاهتمام. على سبيل المثال، في الأنهار في نصف الكرة الشمالي، كقاعدة عامة، تكون الضفة اليمنى أكثر انحدارًا والضفة اليسرى أكثر استواءً. أما في أنهار نصف الكرة الجنوبي فالأمر على العكس من ذلك. كل هذا يرجع على وجه التحديد إلى دوران الأرض وقوة كوريوليس الناتجة.

حول مسألة صياغة قانون نيوتن الأول

قانون نيوتن الأول: إذا لم تؤثر أي أجسام في الجسم أو كان عملها متوازنا (معوضا)، فإن هذا الجسم يكون ساكنا أو يتحرك بشكل منتظم ومستقيم.

دعونا نفكر في الموقف الذي سيشير لنا إلى أن هذه الصيغة لقانون نيوتن الأول تحتاج إلى تصحيح. تخيل قطارًا بنوافذ ذات ستائر. في مثل هذا القطار، لا يستطيع الراكب تحديد ما إذا كان القطار يتحرك أم لا من خلال النظر إلى الأشياء في الخارج. دعونا نفكر في نظامين مرجعيين: FR المرتبط بالراكب Volodya و FR المرتبط بالمراقب على منصة Katya. يبدأ القطار بالتسارع، وتزداد سرعته. ماذا سيحدث للتفاحة الموجودة على الطاولة؟ سوف يتدحرج في الاتجاه المعاكس بسبب القصور الذاتي. بالنسبة لكاتيا، سيكون من الواضح أن التفاحة تتحرك بالقصور الذاتي، وبالنسبة لفولوديا سيكون الأمر غير مفهوم. إنه لا يرى أن القطار قد بدأ حركته، وفجأة تبدأ تفاحة ملقاة على الطاولة في التدحرج نحوه. كيف يمكن أن يكون هذا؟ ففي النهاية، وفقًا لقانون نيوتن الأول، يجب أن تظل التفاحة في حالة سكون. ولذلك فمن الضروري تحسين تعريف قانون نيوتن الأول.

أرز. 14. مثال توضيحي

الصياغة الصحيحة لقانون نيوتن الأوليبدو مثل هذا: هناك أنظمة مرجعية يتحرك فيها الجسم بشكل مستقيم وموحد أو يكون في حالة سكون إذا لم تؤثر أي قوى على الجسم أو تم تعويض جميع القوى المؤثرة على الجسم.

فولوديا في إطار مرجعي غير بالقصور الذاتي، وكاتيا في إطار مرجعي بالقصور الذاتي.

معظم الأنظمة، الأنظمة المرجعية الحقيقية، غير بالقصور الذاتي. دعونا نفكر في مثال بسيط: أثناء جلوسك في القطار، قمت بوضع جسم ما (على سبيل المثال، تفاحة) على الطاولة. عندما يبدأ القطار بالتحرك، سنلاحظ الصورة المثيرة للاهتمام التالية: التفاحة ستتحرك، وتتدحرج في الاتجاه المعاكس لحركة القطار (الشكل 15). في هذه الحالة، لن نتمكن من تحديد الأجسام التي تعمل وتجعل التفاحة تتحرك. في هذه الحالة يقال أن النظام غير بالقصور الذاتي. ولكن يمكنك الخروج من هذا الموقف عن طريق الدخول قوة القصور الذاتي.

أرز. 15. مثال على FR غير بالقصور الذاتي

مثال آخر: عندما يتحرك جسم على طريق منحني (شكل 16) تنشأ قوة تؤدي إلى انحراف الجسم عن الاتجاه المستقيم للحركة. وفي هذه الحالة يجب علينا أيضا أن نأخذ في الاعتبار الإطار المرجعي غير بالقصور الذاتيولكن، كما في الحالة السابقة، يمكننا أيضًا الخروج من الموقف عن طريق إدخال ما يسمى. قوى القصور الذاتي.

أرز. 16. قوى القصور الذاتي عند التحرك على طول مسار دائري

خاتمة

هناك عدد لا حصر له من الأنظمة المرجعية، ولكن معظمها هي تلك التي لا يمكننا اعتبارها أنظمة مرجعية قصورية. الإطار المرجعي بالقصور الذاتي هو نموذج مثالي. بالمناسبة، مع مثل هذا النظام المرجعي يمكننا قبول النظام المرجعي المرتبط بالأرض أو بعض الأشياء البعيدة (على سبيل المثال، مع النجوم).

مراجع

1. كيكوين آي كيه، كيكوين إيه كيه. الفيزياء: كتاب مدرسي للصف التاسع الثانوي. - م: التنوير.
2. بيريشكين إيه في، جوتنيك إي إم. الفيزياء. الصف التاسع: كتاب مدرسي للتعليم العام. المؤسسات / A. V. Peryshkin، E. M. Gutnik. - الطبعة الرابعة عشرة، الصورة النمطية. - م: حبارى، 2009. - 300.
3. سوكولوفيتش يو.أ.، بوجدانوفا جي.إس. الفيزياء: كتاب مرجعي مع أمثلة لحل المشكلات. - الطبعة الثانية، المراجعة. - عاشرا: فيستا: دار رانوك للنشر، 2005. - 464 ص.

1. بوابة الإنترنت "physics.ru" ()
2. بوابة الإنترنت "ens.tpu.ru" ()
3. بوابة الإنترنت "prosto-o-slognom.ru" ()

العمل في المنزل

1. صياغة تعريفات الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي وغير بالقصور الذاتي. أعط أمثلة على مثل هذه الأنظمة.
2. اذكر قانون نيوتن الأول.
3. في ISO يكون الجسم في حالة راحة. حدد ما هي قيمة سرعته في ISO التي تتحرك بالنسبة للإطار المرجعي الأول بالسرعة ضد?

أي نظام مرجعي يتحرك بشكل انتقالي وموحد ومستقيم فيما يتعلق بنظام مرجعي بالقصور الذاتي هو أيضًا نظام مرجعي بالقصور الذاتي. ولذلك، من الناحية النظرية، يمكن أن يوجد أي عدد من الإطارات المرجعية بالقصور الذاتي.

في الواقع، يرتبط النظام المرجعي دائمًا بجسم محدد يتم من خلاله دراسة حركة الكائنات المختلفة. وبما أن جميع الأجسام الحقيقية تتحرك بتسارع معين، فإن أي نظام مرجعي حقيقي يمكن اعتباره نظامًا مرجعيًا بالقصور الذاتي فقط بدرجة معينة من التقريب. بدرجة عالية من الدقة، يمكن اعتبار النظام الشمسي المركزي المرتبط بمركز كتلة النظام الشمسي ومحاور موجهة إلى ثلاثة نجوم بعيدة، نظامًا بالقصور الذاتي. يستخدم هذا النظام المرجعي بالقصور الذاتي بشكل رئيسي في مشاكل الميكانيكا السماوية والملاحة الفضائية. لحل معظم المشاكل التقنية، يمكن اعتبار النظام المرجعي المتصل بشكل صارم بالأرض نظامًا بالقصور الذاتي.

مبدأ النسبية لجاليليو

الأطر المرجعية بالقصور الذاتي لها خاصية مهمة تصف مبدأ النسبية لجاليليو:

• أي ظاهرة ميكانيكية في ظل نفس الظروف الأولية تستمر بنفس الطريقة في أي إطار مرجعي بالقصور الذاتي.

يتم التعبير عن المساواة في الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي التي أنشأها مبدأ النسبية على النحو التالي:

1. قوانين الميكانيكا في الأطر المرجعية بالقصور الذاتي هي نفسها. وهذا يعني أن المعادلة التي تصف قانونًا معينًا في الميكانيكا، والتي يتم التعبير عنها من خلال إحداثيات وزمن أي نظام مرجعي قصوري آخر، سيكون لها نفس الشكل؛
2. بناءً على نتائج التجارب الميكانيكية، من المستحيل تحديد ما إذا كان الإطار المرجعي في حالة سكون أو يتحرك بشكل منتظم ومستقيم. ولهذا السبب، لا يمكن تمييز أي منها كنظام سائد، يمكن إعطاء سرعة حركته معنى مطلقًا. فقط مفهوم السرعة النسبية لحركة الأنظمة له معنى مادي، بحيث يمكن اعتبار أي نظام بلا حراك مشروط، وآخر - يتحرك بالنسبة إليه بسرعة معينة؛
3. معادلات الميكانيكا لم تتغير فيما يتعلق بالتحويلات الإحداثية عند الانتقال من نظام مرجعي بالقصور الذاتي إلى آخر، أي. ويمكن وصف نفس الظاهرة في نظامين مرجعيين مختلفين بطرق مختلفة ظاهريا، ولكن الطبيعة الفيزيائية للظاهرة تظل دون تغيير.

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

مثال 2

الإطار المرجعي بالقصور الذاتي

النظام المرجعي بالقصور الذاتي(ISO) - نظام مرجعي يسري فيه قانون نيوتن الأول (قانون القصور الذاتي): جميع الأجسام الحرة (أي تلك التي لا تؤثر عليها قوى خارجية أو يتم تعويض عمل هذه القوى) تتحرك بشكل مستقيم وموحد أو تكون في راحة. الصيغة المكافئة هي التالية، وهي مناسبة للاستخدام في الميكانيكا النظرية:

خصائص الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي

أي نظام مرجعي يتحرك بالنسبة إلى ISO بشكل منتظم ومستقيم هو أيضًا ISO. وفقًا لمبدأ النسبية، فإن جميع ISOs متساوية، وجميع قوانين الفيزياء ثابتة فيما يتعلق بالانتقال من ISO إلى آخر. وهذا يعني أن مظاهر قوانين الفيزياء فيها تبدو متشابهة، وسجلات هذه القوانين لها نفس الشكل في مختلف ISOs.

إن افتراض وجود IFR واحد على الأقل في الفضاء المتناحي يؤدي إلى استنتاج مفاده أن هناك عددًا لا حصر له من هذه الأنظمة تتحرك بالنسبة لبعضها البعض بجميع السرعات الثابتة الممكنة. إذا كانت ISO موجودة، فسيكون الفضاء متجانسًا ومتناحيًا، وسيكون الزمن متجانسًا؛ وفقًا لنظرية نويثر، فإن تجانس الفضاء فيما يتعلق بالتحولات سيعطي قانون الحفاظ على الزخم، وسيؤدي النظائر إلى الحفاظ على الزخم الزاوي، وتجانس الزمن سيؤدي إلى الحفاظ على طاقة الجسم المتحرك.

إذا كانت سرعات الحركة النسبية للمقاييس ISO التي تتحقق بواسطة أجسام حقيقية يمكن أن تأخذ أي قيم، فإن الاتصال بين الإحداثيات واللحظات الزمنية لأي "حدث" في ISOs مختلفة يتم تنفيذه عن طريق التحويلات الجليلية.

التواصل مع الأنظمة المرجعية الحقيقية

أنظمة القصور الذاتي المطلق هي تجريد رياضي غير موجود في الطبيعة بشكل طبيعي. ومع ذلك، هناك أنظمة مرجعية لا يتجاوز فيها التسارع النسبي للأجسام البعيدة بدرجة كافية عن بعضها البعض (المقاسة بتأثير دوبلر) 10 −10 م/ث²، على سبيل المثال، يعطي نظام الإحداثيات السماوية الدولي بالاشتراك مع الوقت الديناميكي مركزية الكتلة نظام لا تتجاوز فيه التسارعات النسبية 1.5·10 −10 م/ث² (عند المستوى 1σ). دقة التجارب التي تحلل وقت وصول النبضات من النجوم النابضة، والقياسات الفلكية قريبًا، هي أنه في المستقبل القريب سيتم تسارع النظام الشمسي أثناء تحركه في مجال جاذبية المجرة، والذي يقدر بـ م/ث²، ينبغي قياسها.

وبدرجات متفاوتة من الدقة واعتمادًا على مجال الاستخدام، يمكن اعتبار أنظمة القصور الذاتي أنظمة مرجعية مرتبطة بـ: الأرض، الشمس، الثابتة بالنسبة للنجوم.

نظام الإحداثيات بالقصور الذاتي لمركز الأرض

إن استخدام الأرض كمعيار ISO، على الرغم من طبيعته التقريبية، منتشر على نطاق واسع في الملاحة. تم إنشاء نظام الإحداثيات بالقصور الذاتي، كجزء من ISO، وفقًا للخوارزمية التالية. يتم تحديد مركز الأرض كنقطة الأصل O وفقًا لنموذجها المقبول. يتزامن المحور z مع محور دوران الأرض. يقع المحوران x وy في المستوى الاستوائي. وتجدر الإشارة إلى أن مثل هذا النظام لا يشارك في دوران الأرض.

ملحوظات

انظر أيضا

مؤسسة ويكيميديا.

2010.

نظام مرجعي يسري فيه قانون القصور الذاتي: المادة. النقطة التي لا تؤثر فيها أي قوى (أو تؤثر عليها قوى متوازنة بشكل متبادل) تكون في حالة سكون أو حركة خطية موحدة. أي إطار مرجعي... الموسوعة الفيزيائية

النظام المرجعي القصوري، راجع النظام المرجعي... الموسوعة الحديثة

الإطار المرجعي بالقصور الذاتي- النظام المرجعي القصوري، انظر النظام المرجعي. ... القاموس الموسوعي المصور

الإطار المرجعي بالقصور الذاتي- التعمق في حالة نظام التتبع لميزات الملف: engl. الإطار المرجعي الجليلي؛ النظام المرجعي بالقصور الذاتي vok. القصور الذاتي Bezugssystem، n؛ نظام القصور الذاتي، ن؛ Trägheitssystem، ن روس. الإطار المرجعي بالقصور الذاتي، f pranc.… … نهاية الفيزياء

نظام مرجعي يكون فيه قانون القصور الذاتي صالحًا: النقطة المادية، عندما لا تؤثر عليها أي قوى (أو تؤثر عليها قوى متوازنة بشكل متبادل)، تكون في حالة سكون أو حركة خطية موحدة. أي... ... الموسوعة السوفيتية الكبرى

نظام مرجعي يسري فيه قانون القصور الذاتي، أي أن الجسم الخالي من تأثيرات الأجسام الأخرى يحافظ على سرعته دون تغيير (في القيمة المطلقة والاتجاه). يكون. يا. هل هذا (وفقط هذا) إطار مرجعي إلى السماء... ... قاموس البوليتكنيك الموسوعي الكبير

نظام مرجعي يسري فيه قانون القصور الذاتي: النقطة المادية، التي لا تؤثر عليها أي قوى، تكون في حالة سكون أو حركة مستقيمة منتظمة أي نظام مرجعي يتحرك بالنسبة للإطار. يا. تدريجيا... العلوم الطبيعية. القاموس الموسوعي

الإطار المرجعي بالقصور الذاتي- نظام مرجعي تكون فيه نقطة مادية معزولة في حالة سكون أو تتحرك بشكل مستقيم وموحد بالنسبة له... المعجم التوضيحي للمصطلحات البوليتكنيكية

نظام مرجعي يسري فيه قانون القصور الذاتي: النقطة المادية التي لا تؤثر عليها أي قوى تكون في حالة سكون أو حركة خطية منتظمة. أي نظام مرجعي يتحرك بالنسبة إلى القصور الذاتي... ... القاموس الموسوعي

النظام المرجعي بالقصور الذاتي- نظام مرجعي يكون فيه قانون القصور الذاتي صالحًا: النقطة المادية، عندما لا تؤثر عليها أي قوى (أو تؤثر عليها قوى متوازنة بشكل متبادل)، تكون في حالة سكون أو حركة خطية موحدة. أي نظام.... مفاهيم العلوم الطبيعية الحديثة. معجم المصطلحات الأساسية

حاول الفلاسفة القدماء فهم جوهر الحركة، والتعرف على تأثير النجوم والشمس على الإنسان. بالإضافة إلى ذلك، حاول الناس دائمًا تحديد القوى التي تعمل على نقطة مادية أثناء حركتها، وكذلك في لحظة الراحة.

يعتقد أرسطو أنه في غياب الحركة، لا يتأثر الجسم بأي قوى. دعونا نحاول معرفة الأنظمة المرجعية التي تسمى بالقصور الذاتي، ونقدم أمثلة عليها.

حالة الراحة

من الصعب تحديد مثل هذه الحالة في الحياة اليومية. في جميع أنواع الحركة الميكانيكية تقريبًا، يُفترض وجود قوى خارجية. والسبب هو قوة الاحتكاك التي تمنع العديد من الأجسام من مغادرة موضعها الأصلي وخروجها من حالة السكون.

وبالنظر إلى أمثلة الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي، نلاحظ أنها جميعا تتوافق مع قانون نيوتن الأول. فقط بعد اكتشافه أصبح من الممكن شرح حالة السكون والإشارة إلى القوى المؤثرة على الجسم في هذه الحالة.

بيان قانون نيوتن الأول

في التفسير الحديث، يشرح وجود أنظمة الإحداثيات، والتي يمكن من خلالها النظر في غياب التأثير على نقطة مادية من قبل القوى الخارجية. من وجهة نظر نيوتن، تسمى الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي، والتي تسمح لنا بالنظر في الحفاظ على سرعة الجسم على مدى فترة طويلة.

التعاريف

ما هي الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي؟ تتم دراسة أمثلة منهم في دورة الفيزياء المدرسية. تعتبر أنظمة القصور الذاتي هي تلك الإطارات المرجعية التي تتحرك عندها نقطة المادة بسرعة ثابتة. وأوضح نيوتن أن أي جسم يمكن أن يكون في حالة مماثلة طالما أنه لا توجد حاجة للتأثير عليه بقوى يمكنها تغيير مثل هذه الحالة.

في الواقع، قانون القصور الذاتي غير محقق في جميع الحالات. عند تحليل أمثلة الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي وغير بالقصور الذاتي، فكر في شخص يمسك الدرابزين في مركبة متحركة. عندما تقوم السيارة بالفرملة بشكل حاد، يتحرك الشخص تلقائيا بالنسبة للمركبة، على الرغم من عدم وجود قوة خارجية.

اتضح أنه ليست كل الأمثلة على النظام المرجعي بالقصور الذاتي تتوافق مع صياغة قانون نيوتن الأول. لتوضيح قانون القصور الذاتي، تم تقديم مرجع مكرر، حيث يتم الوفاء به بدقة.

أنواع الأنظمة المرجعية

ما هي الأنظمة المرجعية التي تسمى بالقصور الذاتي؟ وسوف يصبح هذا واضحا قريبا. "أعط أمثلة على الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي التي يتم فيها استيفاء قانون نيوتن الأول" - يتم تقديم مهمة مماثلة لأطفال المدارس الذين اختاروا الفيزياء كاختبار في الصف التاسع. من أجل التعامل مع هذه المهمة، من الضروري أن يكون لديك فهم للأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي وغير بالقصور الذاتي.

يتضمن القصور الذاتي الحفاظ على الراحة أو الحركة الخطية المنتظمة للجسم طالما أن الجسم معزول. "المعزولة" تعتبر أجساداً غير متصلة، ولا تتفاعل، ومتباعدة عن بعضها البعض.

دعونا نلقي نظرة على بعض الأمثلة على الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي. إذا اعتبرنا الإطار المرجعي نجمًا في المجرة، وليس حافلة متحركة، فإن تحقيق قانون القصور الذاتي للركاب المتمسكين بالدرابزين سيكون خاليًا من العيوب.

أثناء الكبح، ستستمر هذه السيارة في التحرك بشكل منتظم في خط مستقيم حتى يتم التأثير عليها من قبل الهيئات الأخرى.

ما هي بعض الأمثلة على الإطار المرجعي بالقصور الذاتي؟ لا ينبغي أن يكون لديهم اتصال بالجسم الذي يتم تحليله أو التأثير على جموده.

لمثل هذه الأنظمة يتم استيفاء قانون نيوتن الأول. في الحياة الواقعية، من الصعب النظر في حركة الجسم بالنسبة للأطر المرجعية بالقصور الذاتي. من المستحيل الوصول إلى نجم بعيد لإجراء تجارب أرضية منه.

يتم اعتبار الأرض بمثابة نظام مرجعي تقليدي، على الرغم من أنها مرتبطة بالأشياء الموضوعة عليها.

يمكن حساب التسارع في الإطار المرجعي بالقصور الذاتي إذا اعتبرنا سطح الأرض بمثابة الإطار المرجعي. في الفيزياء لا يوجد تمثيل رياضي لقانون نيوتن الأول، ولكنه الأساس لاشتقاق العديد من التعريفات والمصطلحات الفيزيائية.

أمثلة على الإطارات المرجعية بالقصور الذاتي

يجد الطلاب أحيانًا صعوبة في فهم الظواهر الفيزيائية. يُعرض على طلاب الصف التاسع مهمة بالمحتوى التالي: "ما هي الأنظمة المرجعية التي تسمى بالقصور الذاتي؟ أعط أمثلة على مثل هذه الأنظمة." لنفترض أن العربة التي تحمل الكرة تتحرك في البداية على سطح مستو بسرعة ثابتة. ثم تتحرك على طول الرمال، ونتيجة لذلك يتم تعيين الكرة في حركة متسارعة، على الرغم من عدم وجود قوى أخرى تؤثر عليها (تأثيرها الإجمالي صفر).

يمكن تفسير جوهر ما يحدث من خلال حقيقة أنه أثناء التحرك على طول سطح رملي، يتوقف النظام عن القصور الذاتي، وله سرعة ثابتة. تشير أمثلة الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي وغير بالقصور الذاتي إلى أن انتقالها يحدث في فترة زمنية معينة.

عندما يتسارع الجسم فإن تسارعه يكون له قيمة موجبة، وعند الكبح يصبح هذا المؤشر سلبياً.

حركة منحنية

بالنسبة للنجوم والشمس، تحدث حركة الأرض على طول مسار منحني، له شكل القطع الناقص. النظام المرجعي الذي يكون فيه المركز محاذيًا للشمس، والمحاور موجهة إلى نجوم معينة، سيعتبر بالقصور الذاتي.

لاحظ أن أي نظام مرجعي يتحرك بشكل مستقيم وموحد بالنسبة لنظام مركزية الشمس هو نظام بالقصور الذاتي. تتم الحركة المنحنية مع بعض التسارع.

وبالنظر إلى حقيقة أن الأرض تتحرك حول محورها، فإن الإطار المرجعي المرتبط بسطحها، بالنسبة إلى مركزية الشمس، يتحرك ببعض التسارع. في مثل هذه الحالة، يمكننا أن نستنتج أن الإطار المرجعي، المرتبط بسطح الأرض، يتحرك بتسارع بالنسبة إلى مركزية الشمس، لذلك لا يمكن اعتباره بالقصور الذاتي. لكن قيمة تسارع مثل هذا النظام صغيرة جدًا لدرجة أنها تؤثر في كثير من الحالات بشكل كبير على تفاصيل الظواهر الميكانيكية المتعلقة به.

من أجل حل المشاكل العملية ذات الطبيعة التقنية، من المعتاد اعتبار الإطار المرجعي المتصل بشكل صارم بسطح الأرض بالقصور الذاتي.

النسبية لجاليليو

جميع الأطر المرجعية بالقصور الذاتي لها خاصية مهمة، والتي يصفها مبدأ النسبية. يكمن جوهرها في حقيقة أن أي ظاهرة ميكانيكية في ظل نفس الظروف الأولية يتم تنفيذها بنفس الطريقة، بغض النظر عن النظام المرجعي المختار.

يتم التعبير عن مساواة ISO وفقًا لمبدأ النسبية في الأحكام التالية:

• في مثل هذه الأنظمة تكون هي نفسها، وبالتالي فإن أي معادلة موصوفة بها، معبرًا عنها بالإحداثيات والوقت، تظل دون تغيير.
• تتيح نتائج التجارب الميكانيكية التي تم إجراؤها تحديد ما إذا كان النظام المرجعي سيكون في حالة سكون أو ما إذا كان سيؤدي حركة مستقيمة موحدة. يمكن التعرف على أي نظام بشكل مشروط على أنه ثابت إذا تحرك نظام آخر بالنسبة إليه بسرعة معينة.
• تبقى معادلات الميكانيكا دون تغيير فيما يتعلق بالتحويلات الإحداثية في حالة الانتقال من نظام إلى آخر. من الممكن وصف نفس الظاهرة في أنظمة مختلفة، لكن طبيعتها الفيزيائية لن تتغير.

حل المشكلة

المثال الأول.

حدد ما إذا كان ما يلي نظامًا مرجعيًا بالقصور الذاتي: أ) قمرًا صناعيًا للأرض؛ ب) جاذبية الأطفال.

إجابة.في الحالة الأولى، ليس هناك شك في وجود إطار مرجعي بالقصور الذاتي، حيث يتحرك القمر الصناعي في المدار تحت تأثير قوة الجاذبية، وبالتالي فإن الحركة تحدث مع بعض التسارع.

المثال الثاني.

يرتبط نظام التقارير ارتباطًا وثيقًا بالمصعد. في أي الحالات يمكن أن يطلق عليه بالقصور الذاتي؟ إذا كان المصعد: أ) يسقط؛ ب) يتحرك بشكل موحد إلى الأعلى؛ ج) يرتفع بسرعة. د) موجهة نحو الأسفل بشكل موحد.

إجابة.أ) أثناء السقوط الحر، يظهر التسارع، وبالتالي فإن الإطار المرجعي المرتبط بالمصعد لن يكون بالقصور الذاتي.

ب) عندما يتحرك المصعد بشكل منتظم، يكون النظام بالقصور الذاتي.

ج) عند التحرك مع بعض التسارع، يعتبر النظام المرجعي بالقصور الذاتي.

د) يتحرك المصعد ببطء وله تسارع سلبي، لذلك لا يمكن تسمية الإطار المرجعي بالقصور الذاتي.

خاتمة

طوال وجودها، تحاول البشرية فهم الظواهر التي تحدث في الطبيعة. محاولات لشرح نسبية الحركة قام بها جاليليو جاليلي. تمكن إسحاق نيوتن من استخلاص قانون القصور الذاتي، والذي بدأ استخدامه كمسلمة رئيسية عند إجراء العمليات الحسابية في الميكانيكا.

حاليًا، يشتمل نظام تحديد موضع الجسم على جسم وجهاز لتحديد الوقت ونظام إحداثيات. اعتمادًا على ما إذا كان الجسم متحركًا أم ثابتًا، من الممكن تحديد موضع جسم معين في الفترة الزمنية المطلوبة.