วิธีการกำหนดกรอบอ้างอิงเฉื่อย ระบบอ้างอิงเฉื่อย

ระบบอ้างอิงทั้งหมดแบ่งออกเป็นระบบเฉื่อยและไม่เฉื่อย กรอบอ้างอิงเฉื่อยรองรับกลศาสตร์ของนิวตัน เป็นลักษณะการเคลื่อนที่เชิงเส้นสม่ำเสมอและสภาวะพักตัว หน้าต่างอ้างอิงที่ไม่เฉื่อยสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งในวิถีที่แตกต่างกัน การเคลื่อนไหวนี้ถูกกำหนดโดยคำนึงถึงกรอบอ้างอิงเฉื่อย กรอบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อยสัมพันธ์กับผลกระทบต่างๆ เช่น แรงเฉื่อย แรงหนีศูนย์กลาง และแรงโบลิทาร์

กระบวนการทั้งหมดนี้เกิดขึ้นจากการเคลื่อนไหว ไม่ใช่ปฏิสัมพันธ์ระหว่างร่างกาย กฎของนิวตันมักจะใช้ไม่ได้ผลในกรอบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อย ในกรณีเช่นนี้ การแก้ไขจะถูกเพิ่มเข้าไปในกฎหมายกลศาสตร์แบบดั้งเดิม แรงที่เกิดจากการเคลื่อนที่แบบไม่เฉื่อยจะถูกนำมาพิจารณาเมื่อพัฒนาผลิตภัณฑ์และกลไกทางเทคนิค รวมถึงแรงที่มีการหมุนด้วย ในชีวิตเราพบพวกเขาขณะเคลื่อนที่ในลิฟต์ ขี่ม้าหมุน ดูสภาพอากาศและการไหลของแม่น้ำ นอกจากนี้ยังนำมาพิจารณาเมื่อคำนวณการเคลื่อนที่ของยานอวกาศ

ระบบอ้างอิงเฉื่อยและไม่เฉื่อย

ระบบอ้างอิงเฉื่อยไม่เหมาะสำหรับการอธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุเสมอไป ในวิชาฟิสิกส์ มีระบบอ้างอิง 2 ประเภท: ระบบอ้างอิงเฉื่อยและระบบอ้างอิงไม่เฉื่อย ตามกลศาสตร์ของนิวตัน วัตถุใดๆ ก็ตามสามารถอยู่นิ่งหรือสม่ำเสมอได้ และ การเคลื่อนไหวเป็นเส้นตรงยกเว้นกรณีที่ร่างกายได้รับอิทธิพลจากภายนอก การเคลื่อนที่สม่ำเสมอเช่นนี้เรียกว่าการเคลื่อนที่โดยความเฉื่อย

การเคลื่อนที่เฉื่อย (กรอบอ้างอิงเฉื่อย) เป็นพื้นฐานของกลศาสตร์ของนิวตันและผลงานของกาลิเลโอ หากเราถือว่าดาวฤกษ์เป็นวัตถุที่อยู่นิ่ง (ซึ่งแท้จริงแล้วไม่เป็นความจริงเลยทั้งหมด) วัตถุใดก็ตามที่เคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอและเป็นเส้นตรงสัมพันธ์กับพวกมันจะทำให้เกิดกรอบอ้างอิงเฉื่อย

ต่างจากระบบอ้างอิงเฉื่อย เฟรมที่ไม่เฉื่อยจะเคลื่อนที่สัมพันธ์กับเฟรมที่ระบุด้วยความเร่งที่แน่นอน นอกจากนี้ การใช้กฎของนิวตันจำเป็นต้องมีตัวแปรเพิ่มเติม มิฉะนั้น จะไม่สามารถอธิบายระบบได้อย่างเพียงพอ เพื่อตอบคำถามที่ระบบอ้างอิงใดเรียกว่าระบบไม่เฉื่อย ควรพิจารณาตัวอย่างของการเคลื่อนที่แบบไม่เฉื่อย การเคลื่อนไหวนี้คือการหมุนเวียนของดาวเคราะห์ของเราและดาวเคราะห์ดวงอื่น

การเคลื่อนที่ในกรอบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อย

โคเปอร์นิคัสเป็นคนแรกที่แสดงให้เห็นว่าการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนสามารถเกิดขึ้นได้อย่างไรหากมีกองกำลังหลายฝ่ายเข้ามาเกี่ยวข้อง ก่อนหน้าเขาเชื่อกันว่าโลกเคลื่อนที่ได้ด้วยตัวเองตามกฎของนิวตัน ดังนั้นการเคลื่อนที่ของมันจึงเป็นแรงเฉื่อย อย่างไรก็ตาม โคเปอร์นิคัสพิสูจน์ว่าโลกหมุนรอบดวงอาทิตย์ นั่นคือมันเกิดการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งซึ่งสัมพันธ์กับวัตถุที่อยู่นิ่งตามเงื่อนไขซึ่งอาจเป็นดาวฤกษ์ได้

ดังนั้นจึงมีกรอบอ้างอิงที่แตกต่างกัน เฉพาะที่มีการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งซึ่งพิจารณาจากระบบเฉื่อยเท่านั้นจึงจะเรียกว่าไม่เฉื่อย

โลกเป็นกรอบอ้างอิง

ระบบอ้างอิงแบบไม่เฉื่อย ซึ่งเป็นตัวอย่างของการมีอยู่ซึ่งสามารถพบได้เกือบทุกที่ เป็นเรื่องปกติสำหรับวัตถุที่มีวิถีการเคลื่อนที่ที่ซับซ้อน โลกหมุนรอบดวงอาทิตย์ซึ่งทำให้เกิดการเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของระบบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อย อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติในชีวิตประจำวัน ทุกสิ่งที่เราเผชิญบนโลกค่อนข้างสอดคล้องกับสมมุติฐานของนิวตัน ประเด็นก็คือการแก้ไขการเคลื่อนที่แบบไม่เฉื่อยสำหรับระบบอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับโลกนั้นไม่มีนัยสำคัญมากและไม่ได้มีบทบาทสำคัญสำหรับเรา และด้วยเหตุผลเดียวกัน สมการของนิวตันจึงถือว่าใช้ได้โดยทั่วไป

ลูกตุ้มฟูโกต์

อย่างไรก็ตาม ในบางกรณีไม่สามารถหลีกเลี่ยงการแก้ไขได้ ตัวอย่างเช่น ลูกตุ้ม Foucault ที่มีชื่อเสียงระดับโลกในมหาวิหารเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กไม่เพียงแต่แกว่งเป็นเส้นตรงเท่านั้น แต่ยังหมุนช้าๆ อีกด้วย การหมุนนี้เกิดจากการเคลื่อนที่แบบไม่เฉื่อยของโลกในอวกาศ

สิ่งนี้เป็นที่รู้จักครั้งแรกในปี พ.ศ. 2394 หลังจากการทดลองของนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสแอล. ฟูโกต์ การทดลองนั้นไม่ได้ดำเนินการในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก แต่ในปารีสในห้องโถงขนาดใหญ่ น้ำหนักของลูกตุ้มประมาณ 30 กก. และความยาวของเกลียวเชื่อมต่อได้มากถึง 67 เมตร

ในกรณีที่สูตรของนิวตันสำหรับกรอบอ้างอิงเฉื่อยเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะอธิบายการเคลื่อนที่ สิ่งที่เรียกว่าแรงเฉื่อยจะถูกเพิ่มเข้าไป

คุณสมบัติของกรอบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อย

ทำให้ระบบอ้างอิงไม่เฉื่อย การเคลื่อนไหวต่างๆค่อนข้างเฉื่อย นี่อาจเป็นการเคลื่อนไหวแบบแปล การหมุน การเคลื่อนไหวแบบผสมผสานที่ซับซ้อน ในวรรณคดีก็มีเช่นกัน ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดกรอบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อย เช่น ลิฟต์ที่มีความเร่ง เป็นเพราะการเคลื่อนไหวที่รวดเร็วทำให้เรารู้สึกเหมือนถูกกดลงกับพื้น หรือในทางกลับกัน ความรู้สึกที่ใกล้จะไร้น้ำหนักก็เกิดขึ้น กฎกลศาสตร์ของนิวตันไม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์นี้ได้ หากคุณติดตามนักฟิสิกส์ชื่อดัง แรงโน้มถ่วงเดียวกันก็จะกระทำกับบุคคลในลิฟต์ ซึ่งหมายความว่าความรู้สึกควรจะเหมือนกัน แต่ในความเป็นจริงแล้วทุกอย่างแตกต่างออกไป ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเพิ่มแรงเพิ่มเติมให้กับกฎของนิวตันซึ่งเรียกว่าแรงเฉื่อย

แรงเฉื่อย

พลังแห่งความเฉื่อยเป็นพลังแอคทีฟที่แท้จริง แม้ว่ามันจะแตกต่างในธรรมชาติจากแรงที่เกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุในอวกาศ นำมาพิจารณาเมื่อพัฒนาโครงสร้างและอุปกรณ์ทางเทคนิคและมีบทบาทสำคัญในการดำเนินงาน แรงเฉื่อยวัดได้หลายวิธี เช่น โดยใช้สปริงไดนาโมมิเตอร์ ระบบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อยจะไม่ปิด เนื่องจากแรงเฉื่อยถือเป็นแรงภายนอก แรงเฉื่อยมีวัตถุประสงค์ ปัจจัยทางกายภาพและไม่ขึ้นอยู่กับเจตจำนงและความคิดเห็นของผู้สังเกต

ระบบอ้างอิงเฉื่อยและไม่เฉื่อย ตัวอย่างของการสำแดงซึ่งสามารถพบได้ในตำราฟิสิกส์ ได้แก่ การกระทำของแรงเฉื่อย แรงหนีศูนย์กลาง แรงโบลิทาร์ การถ่ายโอนโมเมนตัมจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง และอื่นๆ

การเคลื่อนไหวในลิฟต์

ระบบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อยและแรงเฉื่อยจะแสดงออกมาได้ดีในระหว่างการขึ้นหรือลงด้วยความเร่ง หากลิฟต์เร่งความเร็วขึ้นไป แรงเฉื่อยที่เกิดขึ้นมีแนวโน้มที่จะกดบุคคลลงไปที่พื้น และในทางกลับกันเมื่อเบรกร่างกายจะเริ่มดูเบาลง ในแง่ของการแสดงออกแรงเฉื่อยในกรณีนี้คล้ายกับแรงโน้มถ่วง แต่มีลักษณะที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง แรงโน้มถ่วงคือแรงโน้มถ่วงซึ่งสัมพันธ์กับปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุ

แรงเหวี่ยง

แรงในระบบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อยก็สามารถเป็นแบบแรงเหวี่ยงได้เช่นกัน มีความจำเป็นต้องแนะนำแรงดังกล่าวด้วยเหตุผลเดียวกับแรงเฉื่อย ตัวอย่างที่เด่นชัดของการกระทำของแรงเหวี่ยงหนีศูนย์คือการหมุนบนสายพาน ขณะที่เก้าอี้พยายามให้บุคคลอยู่ใน "วงโคจร" แรงเฉื่อยจะทำให้ร่างกายถูกกดทับที่ด้านหลังด้านนอกของเก้าอี้ การเผชิญหน้าครั้งนี้แสดงออกมาในลักษณะของปรากฏการณ์เช่นแรงเหวี่ยง

แรงโบลิทาร์

ผลกระทบของแรงนี้เป็นที่ทราบกันดีจากตัวอย่างการหมุนของโลก สามารถเรียกได้ว่าเป็นกำลังตามเงื่อนไขเท่านั้นเนื่องจากไม่เป็นเช่นนั้น สาระสำคัญของการกระทำคือในระหว่างการหมุน (เช่น โลก) แต่ละจุดของวัตถุทรงกลมจะเคลื่อนที่เป็นวงกลม ในขณะที่วัตถุที่แยกออกจากโลกจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงในอุดมคติ (เช่น ตัวอย่างเช่น วัตถุอย่างอิสระ กำลังบินอยู่ในอวกาศ) เนื่องจากเส้นละติจูดเป็นวิถีการหมุนของจุดต่างๆ พื้นผิวโลกและมีรูปทรงของวงแหวน จากนั้นวัตถุใด ๆ ก็ถูกฉีกออกจากมันและเริ่มเคลื่อนที่ไปตามเส้นนี้ เคลื่อนที่เป็นเส้นตรง เริ่มเบี่ยงเบนไปจากมันมากขึ้นเรื่อย ๆ ในทิศทางละติจูดที่ต่ำกว่า

อีกทางเลือกหนึ่งคือเมื่อวัตถุถูกปล่อยไปในทิศทางเส้นลมปราณ แต่เนื่องจากการหมุนของโลก จากมุมมองของผู้สังเกตการณ์ทางโลก การเคลื่อนไหวของวัตถุจะไม่เป็นเส้นลมปราณอย่างเคร่งครัดอีกต่อไป

แรงโบลิทาร์มีอิทธิพลอย่างมากต่อการพัฒนากระบวนการในชั้นบรรยากาศ ภายใต้อิทธิพลของมันน้ำกระทบฝั่งตะวันออกของแม่น้ำที่ไหลไปในทิศทางเที่ยงอย่างแรงยิ่งขึ้นและค่อยๆกัดเซาะซึ่งนำไปสู่ลักษณะของหน้าผา ฝั่งตะวันตกกลับมีฝนตกทับถมจึงเรียบกว่าและมักถูกน้ำท่วมในช่วงน้ำท่วม จริงอยู่นี่ไม่ใช่เหตุผลเดียวที่นำไปสู่ความจริงที่ว่าตลิ่งหนึ่งของแม่น้ำสูงกว่าอีกฝั่งหนึ่ง แต่ในหลาย ๆ กรณีก็มีความโดดเด่น

แรงโบลิทาร์มีและ การยืนยันการทดลอง. ได้มาโดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน F. Reich ในการทดลอง วัตถุตกลงมาจากความสูง 158 ม. มีการทดลองดังกล่าวทั้งหมด 106 ครั้ง เมื่อตกลงมา วัตถุจะเบี่ยงเบนไปจากวิถีเส้นตรง (จากมุมมองของผู้สังเกตการณ์ทางโลก) ประมาณ 30 มม.

กรอบอ้างอิงเฉื่อยและทฤษฎีสัมพัทธภาพ

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ถูกสร้างขึ้นโดยสัมพันธ์กับระบบอ้างอิงเฉื่อย สิ่งที่เรียกว่าผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพตามทฤษฎีนี้ ควรเกิดขึ้นในกรณีที่มีการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมากของร่างกายสัมพันธ์กับผู้สังเกตการณ์ที่ "อยู่กับที่" สูตรทั้งหมดของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษก็เขียนขึ้นเช่นกัน การเคลื่อนไหวสม่ำเสมอคุณลักษณะของระบบอ้างอิงเฉื่อย สมมุติฐานแรกของทฤษฎีนี้ยืนยันความเท่าเทียมกันของระบบอ้างอิงเฉื่อยใดๆ กล่าวคือ ไม่มีการสมมุติฐานระบบพิเศษที่มีความโดดเด่น

อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ทำให้เกิดข้อสงสัยเกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการทดสอบผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพ (รวมถึงข้อเท็จจริงของการดำรงอยู่ของมัน) ซึ่งนำไปสู่การเกิดขึ้นของปรากฏการณ์เช่นความขัดแย้งคู่แฝด เนื่องจากระบบอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับจรวดและโลกมีความเท่าเทียมกันโดยพื้นฐาน ผลกระทบของการขยายเวลาในคู่จรวดโลกจะขึ้นอยู่กับตำแหน่งของผู้สังเกตการณ์เท่านั้น ดังนั้นสำหรับผู้สังเกตการณ์บนจรวด เวลาบนโลกควรจะเดินช้าลง และสำหรับคนบนโลกของเรา ในทางกลับกัน เวลาบนโลกควรจะเดินช้าลงบนจรวด เป็นผลให้แฝดที่ยังคงอยู่บนโลกจะเห็นน้องชายของเขาที่มาถึงเป็นน้อง และคนที่อยู่ในจรวดเมื่อมาถึงก็จะเห็นเขาอายุน้อยกว่าคนที่ยังคงอยู่บนโลก เห็นได้ชัดว่านี่เป็นไปไม่ได้ทางกายภาพ

ซึ่งหมายความว่าเพื่อที่จะสังเกตผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพ เราจำเป็นต้องมีระบบอ้างอิงพิเศษบางประเภทโดยเฉพาะ ตัวอย่างเช่น สันนิษฐานว่าเราสังเกตเห็นการเพิ่มขึ้นเชิงสัมพัทธ์ในช่วงอายุของมิวออน หากพวกมันเคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้แสงเมื่อเทียบกับโลก ซึ่งหมายความว่าโลกจะต้อง (โดยไม่มีทางเลือกอื่น) มีคุณสมบัติของระบบอ้างอิงพื้นฐานที่มีลำดับความสำคัญ ซึ่งขัดแย้งกับสมมุติฐานแรกของ STR ลำดับความสำคัญจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อโลกเป็นศูนย์กลางของจักรวาลซึ่งสอดคล้องกับภาพดึกดำบรรพ์ของโลกเท่านั้นและขัดแย้งกับฟิสิกส์

กรอบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อยเป็นวิธีที่ล้มเหลวในการอธิบายความขัดแย้งคู่

ความพยายามที่จะอธิบายลำดับความสำคัญของระบบอ้างอิง "ทางโลก" ไม่สามารถต้านทานการวิพากษ์วิจารณ์ได้ นักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อมโยงลำดับความสำคัญนี้อย่างแม่นยำกับปัจจัยความเฉื่อยของระบบอ้างอิงหนึ่งและความไม่เฉื่อยของระบบอ้างอิงอื่น ในกรณีนี้ ระบบอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับผู้สังเกตการณ์บนโลกถือเป็นระบบเฉื่อย แม้ว่าในทางวิทยาศาสตร์กายภาพจะได้รับการยอมรับอย่างเป็นทางการว่าไม่เฉื่อย (Dettlaff, Yavorsky, หลักสูตรฟิสิกส์, 2000) นี่เป็นครั้งแรก ประการที่สองคือหลักการเดียวกันของความเท่าเทียมกันของระบบอ้างอิงใดๆ ถ้าอย่างนั้น ยานอวกาศออกจากโลกด้วยความเร่งจากนั้นจากมุมมองของผู้สังเกตการณ์บนตัวเรือเองมันก็คงที่และในทางกลับกันโลกก็บินออกไปจากมันด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้น

ปรากฎว่าโลกนั้นเป็นกรอบอ้างอิงพิเศษ หรือผลกระทบที่สังเกตได้มีคำอธิบายที่แตกต่าง (ไม่สัมพันธ์กัน) บางทีกระบวนการอาจเกี่ยวข้องกับลักษณะเฉพาะของการตั้งค่าหรือการตีความการทดลองหรือกับกลไกทางกายภาพอื่น ๆ ของปรากฏการณ์ที่สังเกตได้

บทสรุป

ดังนั้น กรอบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อยนำไปสู่การเกิดขึ้นของแรงที่ไม่พบในกฎกลศาสตร์ของนิวตัน เมื่อทำการคำนวณสำหรับระบบที่ไม่เฉื่อย จะต้องคำนึงถึงแรงเหล่านี้ด้วย รวมถึงเมื่อพัฒนาผลิตภัณฑ์ทางเทคนิคด้วย

สูตรต่อไปนี้ซึ่งสะดวกสำหรับการใช้งานในกลศาสตร์เชิงทฤษฎีนั้นเทียบเท่ากัน: “ระบบอ้างอิงเรียกว่าเฉื่อย ซึ่งสัมพันธ์กับปริภูมิที่เป็นเนื้อเดียวกันและไอโซโทรปิก และเวลาเป็นเนื้อเดียวกัน” กฎของนิวตัน เช่นเดียวกับสัจพจน์อื่นๆ ทั้งหมดของพลศาสตร์ในกลศาสตร์คลาสสิก ได้รับการกำหนดขึ้นโดยสัมพันธ์กับระบบอ้างอิงเฉื่อย

คำว่า "ระบบเฉื่อย" (เยอรมัน: Inertialsystem) ถูกเสนอในปี พ.ศ. 2428 ลุดวิก ลังเงอ?!และหมายถึงระบบพิกัดที่กฎของนิวตันใช้ได้ ตามคำกล่าวของ Lange คำนี้ควรจะแทนที่แนวคิดเรื่องอวกาศสัมบูรณ์ ซึ่งถูกวิพากษ์วิจารณ์อย่างรุนแรงในช่วงเวลานี้ ด้วยการถือกำเนิดของทฤษฎีสัมพัทธภาพ แนวคิดนี้จึงถูกสรุปเป็น "กรอบอ้างอิงเฉื่อย"

YouTube สารานุกรม

1 / 3

✪ ระบบเฉื่อยนับถอยหลัง กฎข้อแรกของนิวตัน | ฟิสิกส์ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 9 #10 | บทเรียนข้อมูล

frame กรอบอ้างอิงเฉื่อยคืออะไร กฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน

, ระบบอ้างอิงเฉื่อยและไม่เฉื่อย (1)

คำบรรยาย

คุณสมบัติของระบบอ้างอิงเฉื่อย

ระบบอ้างอิงใดๆ ที่เคลื่อนที่สัมพันธ์กับ ISO สม่ำเสมอ เป็นเส้นตรง และไม่มีการหมุน ถือเป็น ISO เช่นกัน ตามหลักการสัมพัทธภาพ ISO ทั้งหมดมีความเท่าเทียมกัน และกฎทางฟิสิกส์ทั้งหมดไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเทียบกับการเปลี่ยนจาก ISO หนึ่งไปยังอีก ISO หนึ่ง ซึ่งหมายความว่าการปรากฏของกฎฟิสิกส์ในกฎเหล่านั้นดูเหมือนกัน และบันทึกของกฎเหล่านี้ก็มีรูปแบบเดียวกันใน ISO ที่แตกต่างกัน

ข้อสันนิษฐานของการมีอยู่ของ ISO อย่างน้อยหนึ่งรายการในพื้นที่ไอโซโทรปิกนำไปสู่ข้อสรุปว่าระบบดังกล่าวมีจำนวนอนันต์ที่เคลื่อนที่สัมพันธ์กันโดยสม่ำเสมอ เป็นเส้นตรง และแปลผ่านความเร็วที่เป็นไปได้ทั้งหมด หากมี ISO อยู่ พื้นที่จะเป็นเนื้อเดียวกันและเป็นไอโซโทรปิก และเวลาจะเป็นเนื้อเดียวกัน ตามทฤษฎีบทของ Noether ความสม่ำเสมอของอวกาศในส่วนที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงจะให้กฎการอนุรักษ์โมเมนตัม ไอโซโทรปีจะนำไปสู่การอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม และความสม่ำเสมอของเวลาจะนำไปสู่การอนุรักษ์พลังงานของวัตถุที่เคลื่อนไหว

ถ้าความเร็วของการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของ ISO ที่เกิดขึ้นจากวัตถุจริงสามารถเกิดขึ้นกับค่าใดๆ ก็ได้ การเชื่อมต่อระหว่างพิกัดและช่วงเวลาของ "เหตุการณ์" ใดๆ ใน ISO ต่างๆ จะดำเนินการโดยการแปลงแบบกาลิเลียน

การสื่อสารกับระบบอ้างอิงจริง

ระบบเฉื่อยโดยสิ้นเชิงถือเป็นนามธรรมทางคณิตศาสตร์และไม่มีอยู่ในธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม มีระบบอ้างอิงที่ความเร่งสัมพัทธ์ของวัตถุอยู่ห่างจากกันเพียงพอ (วัดโดยปรากฏการณ์ดอปเปลอร์) ไม่เกิน 10−10 m/s² ตัวอย่างเช่น

กฎข้อแรกของนิวตันยืนยันการมีอยู่ของปรากฏการณ์เช่นความเฉื่อยของร่างกาย ดังนั้นจึงเป็นที่รู้จักในชื่อกฎความเฉื่อย ความเฉื่อย - นี่คือปรากฏการณ์ของร่างกายที่รักษาความเร็วของการเคลื่อนไหว (ทั้งขนาดและทิศทาง) เมื่อไม่มีแรงกระทำต่อร่างกาย หากต้องการเปลี่ยนความเร็วของการเคลื่อนไหว ต้องใช้แรงบางอย่างกับร่างกาย โดยธรรมชาติแล้วผลลัพธ์ของการกระทำของแรงที่มีขนาดเท่ากันต่อวัตถุต่าง ๆ จะแตกต่างกัน ดังนั้นจึงกล่าวกันว่าร่างกายมีความเฉื่อย ความเฉื่อยเป็นสมบัติของร่างกายในการต้านทานการเปลี่ยนแปลงในสถานะปัจจุบัน ปริมาณความเฉื่อยมีลักษณะตามน้ำหนักตัว

กรอบอ้างอิงเฉื่อย

กฎข้อแรกของนิวตันระบุ (ซึ่งสามารถตรวจสอบได้ในการทดลองด้วยระดับความแม่นยำที่แตกต่างกัน) ว่าระบบเฉื่อยมีอยู่จริง กฎกลศาสตร์นี้กำหนดให้ระบบอ้างอิงเฉื่อยอยู่ในตำแหน่งพิเศษที่มีสิทธิพิเศษ

กรอบอ้างอิงที่เป็นไปตามกฎข้อแรกของนิวตันเรียกว่าเฉื่อย

ระบบอ้างอิงเฉื่อย- สิ่งเหล่านี้คือระบบที่สัมพันธ์กับจุดสำคัญซึ่งอยู่นิ่งหรือเคลื่อนที่สม่ำเสมอและเป็นเส้นตรงโดยไม่มีอิทธิพลจากภายนอกหรือการชดเชยร่วมกัน

มีระบบเฉื่อยอยู่ ชุดอนันต์. ระบบอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับรถไฟที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ตามแนวตรงของรางรถไฟก็เป็นระบบเฉื่อย (โดยประมาณ) เช่นเดียวกับระบบที่เกี่ยวข้องกับโลก กรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมดจะสร้างชั้นของระบบที่เคลื่อนที่โดยสัมพันธ์กันอย่างสม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง ความเร่งของวัตถุใดๆ ในระบบเฉื่อยที่ต่างกันจะเท่ากัน

จะพิสูจน์ได้อย่างไรว่าระบบอ้างอิงที่กำหนดนั้นเป็นระบบเฉื่อย? สามารถทำได้ผ่านประสบการณ์เท่านั้น การสังเกตแสดงให้เห็นว่า ด้วยความแม่นยำระดับสูงมาก ระบบเฮลิโอเซนตริกถือได้ว่าเป็นระบบอ้างอิงเฉื่อย โดยที่จุดกำเนิดของพิกัดนั้นสัมพันธ์กับดวงอาทิตย์ และแกนนั้นมุ่งตรงไปยังดวงดาวที่ "คงที่" บางดวง ระบบอ้างอิงที่เชื่อมต่ออย่างเหนียวแน่นกับพื้นผิวโลก พูดอย่างเคร่งครัดนั้นไม่ใช่ระบบเฉื่อย เนื่องจากโลกเคลื่อนที่ในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์และในเวลาเดียวกันก็หมุนรอบแกนของมัน อย่างไรก็ตาม เมื่ออธิบายการเคลื่อนไหวที่ไม่มีมาตราส่วนทั่วโลก (เช่น ทั่วโลก) ระบบอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับโลกสามารถพิจารณาได้ว่ามีความเฉื่อยและมีความแม่นยำเพียงพอ

ระบบอ้างอิงที่เคลื่อนที่สม่ำเสมอและเป็นเส้นตรงสัมพันธ์กับระบบอ้างอิงเฉื่อยบางระบบก็เป็นระบบเฉื่อยเช่นกัน

กาลิเลโอกำหนดว่าไม่มีการทดลองทางกลใดๆ ที่ดำเนินการภายในระบบอ้างอิงเฉื่อยสามารถระบุได้ว่าระบบนี้หยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่สม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง ข้อความนี้เรียกว่าหลักการสัมพัทธภาพของกาลิเลโอหรือหลักการสัมพัทธภาพเชิงกล

หลักการนี้ได้รับการพัฒนาในเวลาต่อมาโดย A. Einstein และเป็นหนึ่งในหลักการของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ กรอบอ้างอิงเฉื่อยมีบทบาทสำคัญในฟิสิกส์ เนื่องจากตามหลักการสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ การแสดงออกทางคณิตศาสตร์ของกฎฟิสิกส์ใดๆ มีรูปแบบเดียวกันในกรอบอ้างอิงเฉื่อยแต่ละกรอบ ต่อไปนี้เราจะใช้เฉพาะระบบเฉื่อยเท่านั้น (โดยไม่ต้องกล่าวถึงทุกครั้ง)

กรอบอ้างอิงที่ไม่เป็นไปตามกฎข้อที่หนึ่งของนิวตันเรียกว่ากรอบไม่เฉื่อย

ระบบดังกล่าวรวมถึงระบบอ้างอิงใดๆ ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่งสัมพันธ์กับระบบอ้างอิงเฉื่อย

ในกลศาสตร์ของนิวตัน กฎอันตรกิริยาของวัตถุได้รับการกำหนดขึ้นสำหรับระบบอ้างอิงเฉื่อยประเภทหนึ่ง

ตัวอย่างของการทดลองทางกลที่แสดงความไม่เฉื่อยของระบบที่เกี่ยวข้องกับโลกคือพฤติกรรมของลูกตุ้มฟูโกต์ นี่คือชื่อของลูกบอลขนาดใหญ่ที่แขวนอยู่บนเส้นด้ายที่ค่อนข้างยาว และมีการแกว่งเล็กน้อยรอบๆ ตำแหน่งสมดุล ถ้าระบบที่เกี่ยวข้องกับโลกเป็นแบบเฉื่อย ระนาบการแกว่งของลูกตุ้มฟูโกต์จะยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเทียบกับโลก ในความเป็นจริง ระนาบการแกว่งของลูกตุ้มหมุนเนื่องจากการหมุนของโลก และการฉายวิถีของลูกตุ้มลงบนพื้นผิวโลกมีรูปร่างของดอกกุหลาบ (รูปที่ 1)

ความจริงที่ว่าร่างกายมีแนวโน้มที่จะรักษาไม่เพียงแค่การเคลื่อนไหวใด ๆ เท่านั้น แต่ยังมีการเคลื่อนไหวเป็นเส้นตรงด้วยประสบการณ์ต่อไปนี้ (รูปที่ 2) ลูกบอลที่เคลื่อนที่เป็นเส้นตรงไปตามพื้นผิวแนวนอนเรียบและชนกับสิ่งกีดขวางที่มีรูปร่างโค้งมน จะถูกบังคับให้เคลื่อนที่เป็นส่วนโค้งภายใต้อิทธิพลของสิ่งกีดขวางนี้ อย่างไรก็ตาม เมื่อลูกบอลถึงขอบสิ่งกีดขวาง ลูกบอลจะหยุดเคลื่อนที่เป็นเส้นโค้งและเริ่มเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงอีกครั้ง เมื่อสรุปผลลัพธ์ของการสังเกตที่กล่าวมาข้างต้น (และที่คล้ายกัน) เราสามารถสรุปได้ว่าหากวัตถุที่กำหนดไม่ถูกกระทำโดยวัตถุอื่นหรือการกระทำของพวกมันได้รับการชดเชยร่วมกัน วัตถุนี้จะหยุดนิ่งหรือความเร็วของการเคลื่อนที่ของมันยังคงไม่เปลี่ยนแปลงโดยสัมพันธ์กัน เข้ากับกรอบอ้างอิงที่เชื่อมต่ออย่างแน่นหนากับพื้นผิวโลก

คำถาม #6:

ระบบอ้างอิงเฉื่อย (IRS)- ระบบอ้างอิงที่ใช้กฎความเฉื่อย: ทุกอย่าง ร่างกายฟรี(นั่นคือ สิ่งที่ไม่ได้ถูกกระทำโดยแรงภายนอกหรือการกระทำของแรงเหล่านี้จะได้รับการชดเชย) เคลื่อนที่ในสิ่งเหล่านั้นเป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอหรือนิ่งอยู่ในสิ่งเหล่านั้น

กรอบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อย- ระบบอ้างอิงตามอำเภอใจที่ไม่เฉื่อย ระบบอ้างอิงใดๆ ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่งสัมพันธ์กับระบบอ้างอิงเฉื่อย ถือว่าระบบอ้างอิงไม่เฉื่อย

กฎข้อแรกของนิวตัน -มีระบบอ้างอิงเฉื่อย เช่น ระบบอ้างอิงที่วัตถุเคลื่อนที่สม่ำเสมอและเป็นเส้นตรงหากวัตถุอื่นไม่กระทำการกับวัตถุนั้น บทบาทหลักของกฎนี้คือการเน้นย้ำว่าในระบบอ้างอิงเหล่านี้ ความเร่งทั้งหมดที่วัตถุได้รับนั้นเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของวัตถุ คำอธิบายเพิ่มเติมของการเคลื่อนที่ควรดำเนินการเฉพาะในระบบอ้างอิงเฉื่อยเท่านั้น

 กฎข้อที่สองของนิวตันกล่าวว่าสาเหตุของความเร่งของร่างกายคือปฏิสัมพันธ์ของร่างกายซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือแรง กฎข้อนี้ให้สมการพื้นฐานของไดนามิก ซึ่งตามหลักการแล้วช่วยให้ค้นหากฎการเคลื่อนที่ของวัตถุได้หากทราบแรงที่กระทำต่อวัตถุนั้น กฎหมายนี้สามารถกำหนดได้ดังนี้ (รูปที่ 100):

ความเร่งของตัวจุด ( จุดวัสดุ) เป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลรวมของแรงที่กระทำต่อร่างกาย และเป็นสัดส่วนผกผันกับมวลของร่างกาย:

ที่นี่ เอฟ− แรงลัพธ์ นั่นคือผลรวมเวกเตอร์ของแรงทั้งหมดที่กระทำต่อร่างกาย เมื่อมองแวบแรก สมการ (1) เป็นอีกรูปแบบหนึ่งในการเขียนคำจำกัดความของแรงที่ให้มา ส่วนก่อนหน้า. อย่างไรก็ตามนี่ไม่เป็นความจริงเลย ประการแรก กฎของนิวตันระบุว่าสมการ (1) รวมผลรวมของแรงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุ ซึ่งไม่ใช่คำจำกัดความของแรง ประการที่สอง กฎข้อที่สองของนิวตันเน้นย้ำอย่างชัดเจนว่าแรงเป็นสาเหตุของการเร่งความเร็วของร่างกาย และไม่ใช่ในทางกลับกัน

 กฎข้อที่สามของนิวตันเน้นย้ำว่าสาเหตุของความเร่งคือการกระทำร่วมกันของร่างกายต่อกัน ดังนั้นแรงที่กระทำต่อวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์จึงเป็นลักษณะของปฏิสัมพันธ์ที่เหมือนกัน จากมุมมองนี้ ไม่มีอะไรน่าประหลาดใจในกฎข้อที่สามของนิวตัน (รูปที่ 101):

วัตถุจุด (จุดวัสดุ) ทำปฏิกิริยากับแรงที่มีขนาดเท่ากันและมีทิศทางตรงกันข้ามและพุ่งไปตามแนวเส้นตรงที่เชื่อมวัตถุเหล่านี้:

ที่ไหน เอฟ 12 − แรงที่กระทำต่อวัตถุตัวแรกจากวัตถุที่สอง a เอฟ 21 − แรงที่กระทำต่อวัตถุตัวที่สองจากตัวแรก เห็นได้ชัดว่าพลังเหล่านี้มีลักษณะเดียวกัน กฎหมายฉบับนี้ยังเป็นการสรุปข้อเท็จจริงเชิงทดลองจำนวนมากด้วย โปรดทราบว่าในความเป็นจริงแล้ว กฎนี้เองที่เป็นพื้นฐานสำหรับคำจำกัดความของมวลของวัตถุที่ให้ไว้ในหัวข้อที่แล้ว

สมการการเคลื่อนที่ของจุดวัสดุในกรอบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อยสามารถแสดงได้ดังนี้ :

ที่ไหน - น้ำหนักร่างกาย , - ความเร่งและความเร็วของร่างกายสัมพันธ์กับกรอบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อย - ผลรวมของแรงภายนอกทั้งหมดที่กระทำต่อร่างกาย - การเร่งความเร็วแบบพกพาร่างกาย, - การเร่งความเร็วของโบลิทาร์ร่างกาย - ความเร็วเชิงมุมของการเคลื่อนที่แบบหมุนของระบบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อยรอบแกนทันทีที่ผ่านจุดกำเนิดของพิกัด - ความเร็วของการเคลื่อนที่ของจุดกำเนิดของระบบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อยสัมพันธ์กับระบบอ้างอิงเฉื่อยใด ๆ

สมการนี้สามารถเขียนได้ในรูปแบบปกติ กฎข้อที่สองของนิวตันถ้าคุณเข้ามา แรงเฉื่อย:

ในระบบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อย แรงเฉื่อยจะเกิดขึ้น การปรากฏตัวของแรงเหล่านี้เป็นสัญญาณของการไม่เฉื่อยของระบบอ้างอิง

เราขอนำเสนอบทเรียนวิดีโอเกี่ยวกับหัวข้อ “ระบบอ้างอิงเฉื่อย กฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน" ซึ่งรวมอยู่ในหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 9 เมื่อเริ่มบทเรียน ครูจะเตือนคุณถึงความสำคัญของกรอบอ้างอิงที่เลือก จากนั้นเขาจะพูดถึงความถูกต้องและคุณลักษณะของระบบอ้างอิงที่เลือก และอธิบายคำว่า "ความเฉื่อย" ด้วย

ในบทเรียนที่แล้ว เราได้พูดถึงความสำคัญของการเลือกกรอบอ้างอิง เราขอเตือนคุณว่าวิถี ระยะทางที่เดินทาง และความเร็วจะขึ้นอยู่กับวิธีที่เราเลือก CO มีคุณสมบัติอื่นๆ มากมายที่เกี่ยวข้องกับการเลือกระบบอ้างอิง และเราจะพูดถึงคุณสมบัติเหล่านั้น

ข้าว. 1. การขึ้นอยู่กับวิถีการเคลื่อนที่ของโหลดที่ตกลงมากับการเลือกระบบอ้างอิง

ในชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 คุณได้ศึกษาแนวคิดเรื่อง "ความเฉื่อย" และ "ความเฉื่อย"

ความเฉื่อย - นี้ ปรากฏการณ์ซึ่งร่างกายมีแนวโน้มที่จะคงสภาพเดิมเอาไว้. หากร่างกายกำลังเคลื่อนไหวก็ควรพยายามรักษาความเร็วของการเคลื่อนไหวนี้ และถ้ามันอยู่นิ่ง มันก็จะพยายามรักษาสภาวะสงบเอาไว้

ความเฉื่อย - นี้ คุณสมบัติร่างกายรักษาสภาวะการเคลื่อนไหวคุณสมบัติของความเฉื่อยนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยปริมาณเช่นมวล น้ำหนัก – การวัดความเฉื่อยของร่างกาย. ยิ่งร่างกายหนักเท่าไร การขยับหรือหยุดมันก็จะยิ่งยากขึ้นเท่านั้น

โปรดทราบว่าแนวคิดเหล่านี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับแนวคิดของ " กรอบอ้างอิงเฉื่อย“(ISO) ซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง

ขอให้เราพิจารณาการเคลื่อนไหวของร่างกาย (หรือสภาวะสงบ) ในกรณีที่ร่างกายไม่ได้ถูกกระทำโดยร่างกายอื่น ข้อสรุปเกี่ยวกับพฤติกรรมของร่างกายในกรณีที่ไม่มีการกระทำของวัตถุอื่นถูกเสนอครั้งแรกโดย Rene Descartes (รูปที่ 2) และดำเนินการต่อในการทดลองของกาลิเลโอ (รูปที่ 3)

ข้าว. 2. เรเน่ เดการ์ตส์

ข้าว. 3.กาลิเลโอ กาลิเลอี

หากร่างกายเคลื่อนไหวและร่างกายอื่นไม่กระทำการใดๆ การเคลื่อนไหวก็จะยังคงอยู่ โดยยังคงเป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอ หากร่างกายอื่นไม่กระทำการต่อร่างกาย และร่างกายได้พัก สถานะของการพักผ่อนก็จะคงอยู่ แต่เป็นที่ทราบกันดีว่าสภาวะที่เหลือนั้นสัมพันธ์กับระบบอ้างอิง: ในกรอบอ้างอิงหนึ่งร่างกายจะนิ่งอยู่และในอีกกรอบหนึ่งจะเคลื่อนที่ได้ค่อนข้างสำเร็จและในอัตราเร่ง ผลการทดลองและการให้เหตุผลนำไปสู่ข้อสรุปว่า ไม่ใช่ว่าในระบบอ้างอิงทั้งหมด ร่างกายจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอ หรืออยู่นิ่งโดยไม่มีการกระทำของวัตถุอื่นบนนั้น

ดังนั้น ในการแก้ปัญหาหลักของกลศาสตร์ สิ่งสำคัญคือต้องเลือกระบบการรายงานที่ยังคงเป็นไปตามกฎความเฉื่อย โดยที่เหตุผลที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการเคลื่อนไหวของร่างกายมีความชัดเจน หากร่างกายเคลื่อนไหวเป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอโดยไม่มีการกระทำของวัตถุอื่น กรอบอ้างอิงดังกล่าวจะเหมาะกว่าสำหรับเรา และจะเรียกว่า ระบบอ้างอิงเฉื่อย(ไอเอสโอ)

มุมมองของอริสโตเติลเกี่ยวกับสาเหตุของการเคลื่อนไหว

กรอบอ้างอิงเฉื่อยเป็นแบบจำลองที่สะดวกสำหรับการอธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุและสาเหตุที่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวดังกล่าว แนวคิดนี้ปรากฏขึ้นครั้งแรกโดยไอแซก นิวตัน (รูปที่ 5)

ข้าว. 5. ไอแซก นิวตัน (1643-1727)

ชาวกรีกโบราณจินตนาการถึงการเคลื่อนไหวที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง เราจะมาทำความคุ้นเคยกับมุมมองของอริสโตเติลเกี่ยวกับการเคลื่อนไหว (รูปที่ 6)

ข้าว. 6. อริสโตเติล

ตามที่อริสโตเติลกล่าวไว้ มีกรอบอ้างอิงเฉื่อยเพียงกรอบเดียวเท่านั้น นั่นคือกรอบอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับโลก ระบบอ้างอิงอื่นๆ ทั้งหมดตามที่อริสโตเติลกล่าวไว้ถือเป็นระบบรอง ดังนั้นการเคลื่อนไหวทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: 1) การเคลื่อนไหวตามธรรมชาตินั่นคือการเคลื่อนไหวที่โลกสื่อสาร; 2) บังคับนั่นคือคนอื่น ๆ

ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดของการเคลื่อนที่ตามธรรมชาติคือการที่วัตถุตกลงสู่พื้นโลกอย่างอิสระ เนื่องจากในกรณีนี้โลกจะให้ความเร็วแก่ร่างกาย

ลองดูตัวอย่างการบังคับเคลื่อนไหว นี่คือสถานการณ์รถม้าลากเกวียน ขณะที่ม้าออกแรง เกวียนก็กำลังเคลื่อนที่ (รูปที่ 7) ทันทีที่ม้าหยุด เกวียนก็หยุดด้วย ไม่มีความแรง-ไม่มีความเร็ว ตามความเห็นของอริสโตเติล พลังนั่นเองที่อธิบายการมีอยู่ของความเร็วในร่างกาย

ข้าว. 7. การบังคับเคลื่อนไหว

จนถึงขณะนี้ คนธรรมดาบางคนถือว่ามุมมองของอริสโตเติลมีความยุติธรรม ตัวอย่างเช่น พันเอกฟรีดริช เคราส์ ฟอน ซิลเลอร์กุตจาก "The Adventures of the Good Soldier Schweik ในช่วงสงครามโลกครั้งที่" พยายามอธิบายหลักการ "ไม่มีกำลัง - ไม่มีความเร็ว": "เมื่อน้ำมันเบนซินหมด" ผู้พันกล่าว " รถถูกบังคับให้หยุด ฉันเห็นสิ่งนี้ด้วยตัวเองเมื่อวานนี้ และหลังจากนั้นพวกเขาก็ยังพูดถึงความเฉื่อยสุภาพบุรุษ มันไม่ไป มันยืนตรงนั้น มันไม่ขยับ ไม่มีน้ำมัน! มันไม่ตลกเหรอ?”

เช่นเดียวกับธุรกิจการแสดงสมัยใหม่ที่มีแฟนย่อมต้องมีการวิพากษ์วิจารณ์อยู่เสมอ อริสโตเติลก็มีคำวิจารณ์เช่นกัน พวกเขาแนะนำให้เขาทำการทดลองต่อไปนี้: ปล่อยศพ แล้วมันจะตกอยู่ใต้จุดที่เราปล่อยมันพอดี ให้เรายกตัวอย่างการวิพากษ์วิจารณ์ทฤษฎีของอริสโตเติลซึ่งคล้ายกับตัวอย่างของคนรุ่นเดียวกัน ลองนึกภาพเครื่องบินกำลังขว้างระเบิด (รูปที่ 8) ระเบิดจะตกตรงจุดที่เราปล่อยหรือเปล่า?

ข้าว. 8. ตัวอย่างภาพประกอบ

ไม่แน่นอน แต่นี่คือการเคลื่อนไหวตามธรรมชาติ - การเคลื่อนไหวที่โลกสื่อสาร แล้วอะไรทำให้ระเบิดลูกนี้ก้าวไปข้างหน้า? อริสโตเติลตอบเช่นนี้: ความจริงก็คือการเคลื่อนไหวตามธรรมชาติที่โลกส่งมานั้นกำลังตกลงมาตรงๆ แต่เมื่อเคลื่อนที่ไปในอากาศ ระเบิดจะถูกพัดพาไปด้วยความปั่นป่วน และความปั่นป่วนเหล่านี้ดูเหมือนจะผลักระเบิดไปข้างหน้า

จะเกิดอะไรขึ้นหากอากาศถูกกำจัดออกไปและสร้างสุญญากาศ? ท้ายที่สุดแล้วหากไม่มีอากาศตามที่อริสโตเติลกล่าวไว้ ระเบิดควรจะตกลงไปตรงตำแหน่งที่มันถูกโยนออกไป อริสโตเติลแย้งว่าหากไม่มีอากาศ สถานการณ์เช่นนี้ก็เป็นไปได้ แต่ในความเป็นจริงแล้ว ไม่มีความว่างเปล่า ไม่มีสุญญากาศ และถ้าไม่มีสุญญากาศก็ไม่มีปัญหา

และมีเพียงกาลิเลโอกาลิเลอีเท่านั้นที่สร้างหลักการของความเฉื่อยในรูปแบบที่เราคุ้นเคย สาเหตุของการเปลี่ยนแปลงความเร็วคือการกระทำของวัตถุอื่นในร่างกาย หากวัตถุอื่นไม่กระทำต่อร่างกายหรือการกระทำนี้ได้รับการชดเชย ความเร็วของร่างกายจะไม่เปลี่ยนแปลง

ข้อควรพิจารณาต่อไปนี้สามารถกระทำได้เกี่ยวกับกรอบอ้างอิงเฉื่อย ลองนึกภาพสถานการณ์ที่รถเคลื่อนที่ จากนั้นคนขับจะดับเครื่องยนต์ จากนั้นรถจะเคลื่อนที่ด้วยความเฉื่อย (รูปที่ 9) แต่นี่เป็นข้อความที่ไม่ถูกต้องด้วยเหตุผลง่ายๆ ที่เมื่อเวลาผ่านไปรถจะหยุดอันเป็นผลมาจากแรงเสียดทาน ดังนั้นในกรณีนี้ จะไม่มีการเคลื่อนไหวสม่ำเสมอ - ขาดเงื่อนไขข้อใดข้อหนึ่ง

ข้าว. 9. ความเร็วของรถเปลี่ยนไปอันเป็นผลมาจากแรงเสียดทาน

ลองพิจารณาอีกกรณีหนึ่ง: รถแทรกเตอร์ขนาดใหญ่กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ในขณะที่ด้านหน้ากำลังลากของหนักด้วยถัง การเคลื่อนไหวดังกล่าวถือได้ว่าเป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอเพราะในกรณีนี้แรงทั้งหมดที่กระทำต่อร่างกายจะได้รับการชดเชยและปรับสมดุลซึ่งกันและกัน (รูปที่ 10) ซึ่งหมายความว่ากรอบอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับวัตถุนี้สามารถพิจารณาได้ว่ามีความเฉื่อย

ข้าว. 10. รถแทรกเตอร์เคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง การทำงานของร่างกายทั้งหมดได้รับการชดเชย

สามารถมีระบบอ้างอิงเฉื่อยได้มากมาย ในความเป็นจริง ระบบอ้างอิงดังกล่าวยังคงเป็นอุดมคติ เนื่องจากเมื่อตรวจสอบระบบอ้างอิงดังกล่าวอย่างใกล้ชิดแล้ว ในทุกแง่มุมเลขที่ ISO เป็นอุดมคติชนิดหนึ่งที่ช่วยให้คุณสามารถจำลองกระบวนการทางกายภาพจริงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

สำหรับระบบอ้างอิงเฉื่อย สูตรการเพิ่มความเร็วของกาลิเลโอนั้นใช้ได้ นอกจากนี้เรายังสังเกตด้วยว่าระบบอ้างอิงทั้งหมดที่เราพูดถึงก่อนหน้านี้สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นระบบเฉื่อยของการประมาณค่าบางอย่าง

กฎหมายที่อุทิศให้กับ ISO ได้รับการกำหนดขึ้นครั้งแรกโดย Isaac Newton ข้อดีของนิวตันอยู่ที่ว่าเขาเป็นคนแรกที่แสดงให้เห็นทางวิทยาศาสตร์ว่าความเร็วของวัตถุที่เคลื่อนไหวไม่ได้เปลี่ยนแปลงทันที แต่เป็นผลจากการกระทำบางอย่างเมื่อเวลาผ่านไป ข้อเท็จจริงนี้เป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างกฎที่เราเรียกว่ากฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน

กฎข้อแรกของนิวตัน : มีระบบอ้างอิงที่ร่างกายเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอหรืออยู่นิ่งหากไม่มีแรงที่กระทำต่อร่างกายหรือแรงทั้งหมดที่กระทำต่อร่างกายได้รับการชดเชย ระบบอ้างอิงดังกล่าวเรียกว่าระบบเฉื่อย

ในอีกทางหนึ่ง บางครั้งพวกเขาก็พูดแบบนี้: กรอบอ้างอิงเฉื่อยคือระบบที่เป็นไปตามกฎของนิวตัน

เหตุใดโลกจึงเป็น CO ที่ไม่เฉื่อย? ลูกตุ้มฟูโกต์

ใน ปริมาณมากปัญหาจึงจำเป็นต้องพิจารณาการเคลื่อนที่ของวัตถุสัมพันธ์กับโลก ในขณะที่เราถือว่าโลกเป็นกรอบอ้างอิงเฉื่อย ปรากฎว่าข้อความนี้ไม่เป็นความจริงเสมอไป หากเราพิจารณาการเคลื่อนที่ของโลกสัมพันธ์กับแกนของมันหรือสัมพันธ์กับดวงดาว การเคลื่อนที่นี้จะเกิดขึ้นด้วยความเร่งเล็กน้อย CO ซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร่งระดับหนึ่ง ไม่ถือเป็นแรงเฉื่อยในความหมายที่สมบูรณ์

โลกหมุนรอบแกนของมัน ซึ่งหมายความว่าทุกจุดที่อยู่บนพื้นผิวจะเปลี่ยนทิศทางของความเร็วอย่างต่อเนื่อง ความเร็วเป็นปริมาณเวกเตอร์ หากทิศทางเปลี่ยนไป ความเร่งจะปรากฏขึ้น ดังนั้นโลกจึงไม่สามารถเป็น ISO ที่ถูกต้องได้ หากเราคำนวณความเร่งนี้สำหรับจุดที่อยู่บนเส้นศูนย์สูตร (จุดที่มีความเร่งสูงสุดสัมพันธ์กับจุดที่ตั้งอยู่ใกล้กับขั้วมากกว่า) ค่าของมันจะเป็น ดัชนีแสดงว่าความเร่งเป็นจุดศูนย์กลาง เมื่อเทียบกับการเร่งความเร็ว ฤดูใบไม้ร่วงฟรีความเร่งสามารถละเลยได้ และโลกถือได้ว่าเป็นกรอบอ้างอิงเฉื่อย

อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการสังเกตระยะยาว เราไม่อาจลืมเกี่ยวกับการหมุนของโลกได้ สิ่งนี้แสดงให้เห็นอย่างน่าเชื่อโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Jean Bernard Leon Foucault (รูปที่ 11)

ข้าว. 11. ฌอง เบอร์นาร์ด ลีออน ฟูโกต์ (1819-1868)

ลูกตุ้มฟูโกต์(รูปที่ 12) - มันเป็นน้ำหนักมหาศาลที่ห้อยลงมาจากด้ายที่ยาวมาก

ข้าว. 12. แบบจำลองลูกตุ้มฟูโกต์

หากลูกตุ้มฟูโกต์ถูกนำออกจากสมดุล มันจะอธิบายวิถีต่อไปนี้นอกเหนือจากเส้นตรง (รูปที่ 13) การเคลื่อนตัวของลูกตุ้มเกิดจากการหมุนของโลก

ข้าว. 13. การแกว่งของลูกตุ้มฟูโกต์ มุมมองจากด้านบน

การหมุนของโลกมีสาเหตุหลายประการ ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ. ตัวอย่างเช่น ในแม่น้ำทางซีกโลกเหนือ ตามกฎแล้วฝั่งขวาจะชันกว่าและฝั่งซ้ายจะราบเรียบกว่า ในแม่น้ำ ซีกโลกใต้- ในทางกลับกัน ทั้งหมดนี้เกิดจากการหมุนของโลกและแรงโบลิทาร์ที่เกิดขึ้นอย่างแม่นยำ

ในประเด็นเรื่องการกำหนดกฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน

กฎข้อแรกของนิวตัน: หากไม่มีร่างกายใดกระทำต่อร่างกายหรือการกระทำของพวกมันสมดุลกัน (ชดเชย) ร่างกายนี้ก็จะอยู่นิ่งหรือเคลื่อนไหวสม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง

ลองพิจารณาสถานการณ์ที่จะแจ้งให้เราทราบว่ากฎข้อที่หนึ่งของนิวตันนี้จำเป็นต้องได้รับการแก้ไข ลองนึกภาพรถไฟที่มีม่านหน้าต่าง ในรถไฟดังกล่าว ผู้โดยสารไม่สามารถระบุได้ว่ารถไฟกำลังเคลื่อนที่หรือไม่โดยดูจากวัตถุภายนอก ลองพิจารณาระบบอ้างอิงสองระบบ: FR ที่เกี่ยวข้องกับผู้โดยสาร Volodya และ FR ที่เกี่ยวข้องกับผู้สังเกตการณ์บนแพลตฟอร์ม Katya รถไฟเริ่มเร่งความเร็ว ความเร็วของมันเพิ่มขึ้น จะเกิดอะไรขึ้นกับแอปเปิ้ลที่อยู่บนโต๊ะ? มันจะหมุนไปในทิศทางตรงกันข้ามด้วยความเฉื่อย สำหรับ Katya จะเห็นได้ชัดว่าแอปเปิ้ลเคลื่อนที่ด้วยความเฉื่อย แต่สำหรับ Volodya จะไม่สามารถเข้าใจได้ เขาไม่เห็นว่ารถไฟเริ่มเคลื่อนตัวแล้ว และทันใดนั้นก็มีแอปเปิ้ลวางอยู่บนโต๊ะก็เริ่มกลิ้งมาหาเขา เป็นไปได้ยังไง? ตามกฎข้อแรกของนิวตัน แอปเปิ้ลจะต้องอยู่นิ่งๆ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องปรับปรุงคำจำกัดความของกฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน

ข้าว. 14. ตัวอย่างภาพประกอบ

สูตรที่ถูกต้องของกฎข้อที่หนึ่งของนิวตันเสียงเช่นนี้ มีระบบอ้างอิงที่ร่างกายเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอ หรืออยู่นิ่งหากไม่มีแรงที่กระทำต่อร่างกายหรือแรงทั้งหมดที่กระทำต่อร่างกายได้รับการชดเชย

Volodya อยู่ในกรอบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อย และ Katya อยู่ในกรอบอ้างอิงเฉื่อย

ระบบส่วนใหญ่ซึ่งเป็นระบบอ้างอิงที่แท้จริงนั้นไม่ใช่ระบบเฉื่อย ลองพิจารณาตัวอย่างง่ายๆ: ขณะนั่งอยู่บนรถไฟ คุณวางร่างกายบางส่วน (เช่น แอปเปิ้ล) ไว้บนโต๊ะ เมื่อรถไฟเริ่มเคลื่อนที่เราจะสังเกตภาพที่น่าสนใจดังนี้ แอปเปิ้ลจะเคลื่อนที่ หมุนไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของรถไฟ (รูปที่ 15) ในกรณีนี้ เราจะไม่สามารถระบุได้ว่าร่างกายใดทำหน้าที่และทำให้แอปเปิลเคลื่อนไหว ในกรณีนี้ระบบจะกล่าวว่าไม่มีความเฉื่อย แต่คุณสามารถออกจากสถานการณ์นี้ได้โดยเข้าไป แรงเฉื่อย.

ข้าว. 15. ตัวอย่าง FR ที่ไม่เฉื่อย

อีกตัวอย่างหนึ่ง: เมื่อร่างกายเคลื่อนที่ไปตามถนนโค้ง (รูปที่ 16) แรงเกิดขึ้นทำให้ร่างกายเบี่ยงเบนไปจากทิศทางการเคลื่อนที่ที่เป็นเส้นตรง ในกรณีนี้เราต้องพิจารณาด้วย กรอบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อยแต่เช่นเดียวกับในกรณีก่อนหน้านี้ เราสามารถออกจากสถานการณ์ได้ด้วยการแนะนำสิ่งที่เรียกว่า แรงเฉื่อย.

ข้าว. 16. แรงเฉื่อยเมื่อเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางโค้งมน

บทสรุป

มีระบบอ้างอิงจำนวนไม่สิ้นสุด แต่ส่วนใหญ่เป็นระบบที่เราไม่สามารถพิจารณาว่าเป็นระบบอ้างอิงเฉื่อยได้ หน้าต่างอ้างอิงเฉื่อยเป็นแบบจำลองในอุดมคติ อย่างไรก็ตาม ด้วยระบบอ้างอิงดังกล่าว เราจึงสามารถยอมรับระบบอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับโลกหรือวัตถุที่อยู่ไกลออกไปได้ (เช่น กับดวงดาว)

บรรณานุกรม

1. คิโคอิน ไอ.เค. คิโคอิน เอ.เค. ฟิสิกส์: หนังสือเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 9 มัธยม. - ม.: การตรัสรู้.
2. Peryshkin A.V., Gutnik E.M. ฟิสิกส์. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 9: หนังสือเรียนเพื่อการศึกษาทั่วไป สถาบัน / A. V. Peryshkin, E. M. Gutnik - ฉบับที่ 14 แบบเหมารวม. - ม.: อีแร้ง, 2552. - 300.
3. Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. ฟิสิกส์: หนังสืออ้างอิงพร้อมตัวอย่างการแก้ปัญหา - ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 2 ฉบับแก้ไข - X.: Vesta: สำนักพิมพ์ระนก, 2548. - 464 น.

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

การบ้าน

1. กำหนดคำจำกัดความของระบบอ้างอิงเฉื่อยและไม่เฉื่อย ยกตัวอย่างระบบดังกล่าว
2. ระบุกฎข้อแรกของนิวตัน
3. ใน ISO ร่างกายจะได้พัก พิจารณาว่าค่าของความเร็วใน ISO เป็นเท่าใด ซึ่งจะเคลื่อนที่สัมพันธ์กับหน้าต่างอ้างอิงแรกด้วยความเร็ว โวลต์?