Các nhà triết học cổ đại đã cố gắng tìm hiểu bản chất của chuyển động, để tiết lộ ảnh hưởng của các vì sao và Mặt trời đối với một người. Ngoài ra, mọi người luôn cố gắng xác định các lực tác động lên một điểm vật chất trong quá trình chuyển động của nó, cũng như tại thời điểm nghỉ ngơi.
Aristotle tin rằng trong trường hợp không chuyển động, cơ thể không bị ảnh hưởng bởi bất kỳ lực nào. Chúng ta hãy thử tìm xem hệ quy chiếu nào được gọi là quán tính, chúng tôi sẽ đưa ra các ví dụ về chúng.
Trạng thái nghỉ ngơi
Trong cuộc sống hàng ngày rất khó phát hiện ra tình trạng như vậy. Trong hầu hết các loại chuyển động cơ học, sự hiện diện của các lực ngoại lai được giả định. Nguyên nhân là do lực ma sát, không cho phép nhiều vật rời khỏi vị trí ban đầu, chuyển sang trạng thái nghỉ.
Xem xét các ví dụ về hệ quy chiếu quán tính, chúng tôi lưu ý rằng tất cả chúng đều tương ứng với định luật 1 Newton. Chỉ sau khi phát hiện ra nó, người ta mới có thể giải thích trạng thái nghỉ, để chỉ ra các lực tác động ở trạng thái này lên cơ thể.
Công thức của định luật 1 Newton
Trong cách giải thích hiện đại, ông giải thích sự tồn tại của các hệ tọa độ, liên quan đến mà người ta có thể coi là không có ngoại lực tác động lên một điểm vật chất. Theo quan điểm của Newton, hệ quy chiếu được gọi là quán tính, cho phép chúng ta xem xét sự bảo toàn vận tốc của vật thể trong một thời gian dài.
Định nghĩa
Hệ quy chiếu nào là quán tính? Ví dụ về chúng được nghiên cứu trong khóa học vật lý của trường. Hệ quy chiếu quán tính được coi là hệ quy chiếu mà chất điểm chuyển động với tốc độ không đổi. Newton đã làm rõ rằng bất kỳ vật thể nào cũng có thể ở trạng thái tương tự miễn là không cần tác dụng lực lên nó có thể thay đổi trạng thái đó.
Trong thực tế, luật quán tính không được đáp ứng trong mọi trường hợp. Phân tích các ví dụ về hệ quy chiếu quán tính và phi quán tính, coi một người đang bám vào tay vịn của một chiếc xe đang chuyển động. Khi ô tô phanh gấp, một người sẽ tự động di chuyển so với xe, mặc dù không có ngoại lực.
Hóa ra không phải tất cả các ví dụ về hệ quy chiếu quán tính đều phù hợp với công thức của định luật 1 Newton. Để làm rõ quy luật quán tính, một định nghĩa tinh tế về hệ quy chiếu đã được đưa ra, trong đó nó được hoàn thiện một cách hoàn hảo.
Các loại hệ quy chiếu
Những hệ quy chiếu nào được gọi là quán tính? Nó sẽ trở nên rõ ràng sớm. "Cho ví dụ về hệ quy chiếu quán tính trong đó thỏa mãn định luật 1 Newton" -một nhiệm vụ tương tự được đưa ra cho những học sinh đã chọn vật lý làm môn thi vào năm lớp chín. Để hoàn thành nhiệm vụ, cần phải có ý tưởng về hệ quy chiếu quán tính và phi quán tính.
Quán tính liên quan đến việc duy trì trạng thái nghỉ ngơi hoặc chuyển động thẳng đều của cơ thể miễn là cơ thể ở trạng thái cô lập. Các cơ quan "biệt lập" là những cơ thể không được kết nối, không tương tác, bị loại bỏ khỏi nhau.
Hãy xem xét một số ví dụ về hệ quy chiếu quán tính. Giả sử một ngôi sao trong thiên hà như một hệ quy chiếu, chứ không phải là một chiếc xe buýt đang chuyển động, thì việc thực hiện định luật quán tính đối với hành khách bám vào đường ray sẽ là hoàn hảo.
Trong khi phanh, chiếc xe này sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều trên một đường thẳng cho đến khi nó bị tác động bởi các vật thể khác.
Bạn có thể đưa ra những ví dụ nào về hệ quy chiếu quán tính? Chúng không nên có mối liên hệ với cơ quan được phân tích, ảnh hưởng đến quán tính của nó.
Đối với những hệ thống như vậy, định luật 1 của Newton được hoàn thành. Trong cuộc sống thực, khó có thể coi chuyển động của một vật là tương đối với hệ quy chiếu quán tính. Không thể đến một ngôi sao xa xôi để tiến hành các thí nghiệm trên mặt đất từ nó.
Trái đất được chấp nhận là hệ quy chiếu có điều kiện, mặc dù thực tế là nó được liên kết với các vật thể được đặt trên đó.
Có thể tính gia tốc trong hệ quy chiếu quán tính nếu chúng ta coi bề mặt Trái đất là hệ quy chiếu. Trong vật lý, không có tài liệu toán học nào về định luật 1 của Newton, nhưng chính ông là cơ sở chodẫn xuất của nhiều định nghĩa và thuật ngữ vật lý.
Ví dụ về hệ quy chiếu quán tính
Học sinh trường học đôi khi cảm thấy khó khăn khi hiểu các hiện tượng vật lý. Học sinh lớp 9 được giao nhiệm vụ với nội dung sau: “Hệ quy chiếu nào được gọi là quán tính? Cho ví dụ về các hệ thống như vậy. Cho rằng ban đầu xe chở bóng chuyển động trên mặt phẳng với vận tốc không đổi. Sau đó, nó di chuyển dọc theo cát, kết quả là, quả bóng được đặt thành chuyển động có gia tốc, mặc dù thực tế là không có lực nào khác tác động lên nó (tổng tác dụng của chúng bằng 0).
Bản chất của những gì đang xảy ra có thể được giải thích là trong khi chuyển động trên bề mặt cát, hệ thống không còn quán tính, nó có tốc độ không đổi. Ví dụ về hệ quy chiếu quán tính và phi quán tính chỉ ra rằng quá trình chuyển đổi của chúng xảy ra trong một khoảng thời gian nhất định.
Khi cơ thể tăng tốc, gia tốc của nó có giá trị dương và khi phanh, con số này trở thành số âm.
Chuyển động đường cong
Liên quan đến các ngôi sao và Mặt trời, chuyển động của Trái đất được thực hiện theo một quỹ đạo cong, có hình dạng của một hình elip. Hệ quy chiếu đó, trong đó tâm thẳng hàng với Mặt trời và các trục hướng đến một số ngôi sao nhất định, sẽ được coi là quán tính.
Lưu ý rằng bất kỳ hệ quy chiếu nào sẽ chuyển động theo đường thẳng và đồng đều so với nhật tâmhệ thống là quán tính. Chuyển động theo đường cong được thực hiện với một số gia tốc.
Với thực tế là Trái đất chuyển động quanh trục của nó, hệ quy chiếu gắn với bề mặt của nó, so với nhật tâm chuyển động với một số gia tốc. Trong tình huống như vậy, chúng ta có thể kết luận rằng hệ quy chiếu, được nối với bề mặt Trái đất, chuyển động với gia tốc so với nhật tâm, vì vậy nó không thể được coi là quán tính. Nhưng giá trị của gia tốc của một hệ thống như vậy quá nhỏ nên trong nhiều trường hợp, nó ảnh hưởng đáng kể đến các chi tiết cụ thể của các hiện tượng cơ học được coi là liên quan đến nó.
Để giải quyết các vấn đề thực tế có tính chất kỹ thuật, thường coi hệ quy chiếu quán tính là hệ quy chiếu được kết nối chặt chẽ với bề mặt Trái đất.
Thuyết tương đối của Galilê
Tất cả các hệ quy chiếu quán tính đều có một tính chất quan trọng, được mô tả bằng nguyên lý tương đối. Bản chất của nó nằm ở chỗ, mọi hiện tượng cơ học trong cùng điều kiện ban đầu đều được thực hiện theo cùng một cách, bất kể hệ quy chiếu đã chọn.
Bình đẳng của ISO theo nguyên tắc tương đối được thể hiện trong các điều khoản sau:
- Trong các hệ thống như vậy, các định luật cơ học giống nhau, vì vậy bất kỳ phương trình nào được mô tả bởi chúng, được biểu thị dưới dạng tọa độ và thời gian, vẫn không thay đổi.
- Kết quả của các thí nghiệm cơ học đang diễn ra giúp chúng ta có thể thiết lập liệu hệ quy chiếu sẽ ở trạng thái nghỉ hay hệ quy chiếuchuyển động thẳng đều. Bất kỳ hệ thống nào cũng có thể được công nhận là đứng yên theo điều kiện nếu hệ thống kia đồng thời di chuyển so với nó ở một tốc độ nhất định.
- Các phương trình cơ học không thay đổi đối với các phép biến đổi tọa độ trong trường hợp chuyển từ hệ này sang hệ khác. Bạn có thể mô tả cùng một hiện tượng trong các hệ thống khác nhau, nhưng bản chất vật lý của chúng sẽ không thay đổi.
Giải quyết vấn đề
Ví dụ đầu tiên.
Xác định xem hệ quy chiếu quán tính có phải là: a) vệ tinh nhân tạo của Trái đất hay không; b) sự thu hút của trẻ em.
Trả lời. Trong trường hợp đầu tiên, không có câu hỏi về hệ quy chiếu quán tính, vì vệ tinh chuyển động trên quỹ đạo dưới tác dụng của lực hấp dẫn, do đó, chuyển động xảy ra với một số gia tốc.
Lực hút cũng không thể được coi là một hệ quán tính, vì chuyển động quay của nó xảy ra với một số gia tốc.
Ví dụ thứ hai.
Hệ thống báo được kết nối chắc chắn với thang máy. Trong những trường hợp nào thì có thể gọi là quán tính? Nếu thang máy: a) rơi xuống; b) chuyển động thẳng đều lên trên; c) tăng nhanh d) hướng đều xuống dưới.
Trả lời. a) Trong quá trình rơi tự do, gia tốc xuất hiện nên hệ quy chiếu gắn với thang máy sẽ không có quán tính.
b) Với chuyển động đều của thang máy, hệ thống là quán tính.
c) Khi chuyển động với một gia tốc nào đó, hệ quy chiếu được coi là quán tính.
d) Thang máy chuyển động chậm dần đều, có gia tốc âm, vì vậy bạn không thểgọi hệ quy chiếu là quán tính.
Kết
Trong suốt thời gian tồn tại của mình, nhân loại đã cố gắng tìm hiểu các hiện tượng xảy ra trong tự nhiên. Galileo Galilei đã cố gắng giải thích tính tương đối của chuyển động. Isaac Newton đã thành công trong việc suy ra định luật quán tính, định luật này bắt đầu được sử dụng làm định đề chính trong các phép tính trong cơ học.
Hiện tại, hệ thống phát hiện vị trí cơ thể bao gồm cơ thể, thiết bị xác định thời gian, cũng như hệ thống tọa độ. Tùy thuộc vào việc cơ thể đang chuyển động hay đứng yên, có thể mô tả vị trí của một vật thể nhất định trong khoảng thời gian mong muốn.
