نظام القصور الذاتي والمرجعي. قانون نيوتن الأول

نظام مرجعي بالقصور الذاتي (ISO)- إطار مرجعي يسري فيه قانون القصور الذاتي: الكل أجساد حرة(أي تلك التي لا تعمل فيها القوى الخارجية أو يتم تعويض عمل هذه القوى) تتحرك فيها بشكل مستقيم وموحد أو ترتاح فيها.

الإطار المرجعي غير بالقصور الذاتي- إطار مرجعي تعسفي ، وهو ليس بالقصور الذاتي. أي إطار مرجعي يتحرك مع تسارع بالنسبة للقصور الذاتي هو غير قصور ذاتي.

قانون نيوتن الأول -هناك أطر مرجعية بالقصور الذاتي ، أي تلك الأطر المرجعية التي يتحرك فيها الجسم بشكل موحد ومستقيم ، إذا لم تعمل الهيئات الأخرى على ذلك. يتمثل الدور الرئيسي لهذا القانون في التأكيد على أنه في هذه الأطر المرجعية ، فإن جميع التسارع الذي تكتسبه الهيئات هو نتائج لتفاعلات الهيئات. يجب إجراء المزيد من الوصف للحركة فقط في إطارات مرجعية بالقصور الذاتي.

 قانون نيوتن الثانيينص على أن سبب تسارع الجسم هو تفاعل الأجسام ، وخاصية القوة. يعطي هذا القانون المعادلة الأساسية للديناميكيات ، مما يجعل من الممكن ، من حيث المبدأ ، إيجاد قانون حركة الجسم إذا كانت القوى المؤثرة عليه معروفة. يمكن صياغة هذا القانون على النحو التالي (الشكل 100):

يتناسب تسارع الجسم النقطي (النقطة المادية) طرديًا مع مجموع القوى المؤثرة على الجسم ، ويتناسب عكسًا مع كتلة الجسم:

هنا F- القوة الناتجة ، أي مجموع المتجهات لجميع القوى المؤثرة على الجسم. للوهلة الأولى ، المعادلة (1) هي شكل آخر من أشكال كتابة تعريف القوة الوارد في القسم السابق. ومع ذلك ، هذا ليس صحيحًا تمامًا. أولاً ، ينص قانون نيوتن على أن المعادلة (1) تتضمن مجموع كل القوى المؤثرة على الجسم ، والتي لا تدخل في تعريف القوة. ثانيًا ، يؤكد قانون نيوتن الثاني بشكل لا لبس فيه على أن القوة هي سبب تسارع الجسم ، وليس العكس.

 قانون نيوتن الثالثيؤكد أن سبب التسارع هو العمل المشترك بين الهيئات على بعضها البعض. لذلك ، فإن القوى المؤثرة على الأجسام المتفاعلة هي خصائص نفس التفاعل. من وجهة النظر هذه ، ليس هناك ما يثير الدهشة في قانون نيوتن الثالث (الشكل 101):

تتفاعل الأجسام النقطية (النقاط المادية) مع قوى متساوية في الحجم ومعاكسة في الاتجاه وموجهة على طول الخط المستقيم الذي يربط بين هذه الأجسام:

أين F 12 - القوة المؤثرة على الجسم الأول من الثاني ، أ F 21 هي القوة المؤثرة على الجسم الثاني من الأول. من الواضح أن هذه القوى لها نفس الطبيعة. هذا القانون هو أيضًا تعميم للعديد من الحقائق التجريبية. دعونا نلاحظ أنه في الواقع هذا القانون هو الأساس لتحديد كتلة الأجسام الواردة في القسم السابق.

يمكن تمثيل معادلة حركة نقطة مادية في إطار مرجعي غير بالقصور الذاتي على النحو التالي :

أين - وزنالأجسام ، - تسارع الجسم وسرعته بالنسبة للإطار المرجعي غير القصور الذاتي ، - مجموع كل القوى الخارجية المؤثرة على الجسم ، - تسريع محمولجثث - تسارع كوريوليسالأجسام ، - السرعة الزاوية للحركة الدورانية لإطار مرجعي غير بالقصور الذاتي حول المحور اللحظي الذي يمر عبر الأصل ، - سرعة حركة أصل الإطار المرجعي غير بالقصور الذاتي بالنسبة لأي إطار مرجعي بالقصور الذاتي .

يمكن كتابة هذه المعادلة بالشكل المعتاد قانون نيوتن الثاني، إذا قمت بالدخول قوى الجمود:

في الأطر المرجعية غير بالقصور الذاتي ، تنشأ قوى بالقصور الذاتي. ظهور هذه القوى هو علامة على نظام مرجعي غير بالقصور الذاتي.

نقدم انتباهكم إلى مقطع فيديو تعليمي حول هذا الموضوع " أنظمة بالقصور الذاتيمرجع. قانون نيوتن الأول ، والذي تم تضمينه في مقرر الفيزياء المدرسية للصف التاسع. في بداية الدرس ، سيذكرك المعلم بأهمية الإطار المرجعي المختار. وبعد ذلك سيتحدث عن صحة وسمات النظام المرجعي المختار ، ويشرح أيضًا مصطلح "القصور الذاتي".

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

أرز. 1. اعتماد مسار سقوط الحمل على اختيار النظام المرجعي

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

التعطيل - هذا ظاهرة، حيث يميل الجسم إلى الحفاظ على حالته الأصلية. إذا كان الجسم يتحرك فعليه أن يسعى للمحافظة على سرعة هذه الحركة. وإذا كانت في حالة راحة ، فإنها ستسعى جاهدة للحفاظ على حالتها من الراحة.

التعطيل - هذا ملكيةالجسم للحفاظ على حالة الحركة.تتميز خاصية القصور الذاتي بكمية مثل الكتلة. وزن – قياس القصور الذاتي للجسم. كلما زاد وزن الجسم ، زادت صعوبة الحركة أو التوقف.

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

ضع في اعتبارك حركة الجسم (أو حالة الراحة) إذا لم يكن هناك أجسام أخرى تعمل على الجسد. تم اقتراح الاستنتاج حول كيفية تصرف الجسم في غياب عمل الأجسام الأخرى من قبل رينيه ديكارت (الشكل 2) واستمر في تجارب جاليليو (الشكل 3).

أرز. 2. رينيه ديكارت

أرز. 3. جاليليو جاليلي

إذا تحرك الجسم ولم تتصرف أي أجسام أخرى عليه ، فسيتم الحفاظ على الحركة ، وستظل مستقيمة وموحدة. إذا كانت الأجسام الأخرى لا تعمل على الجسد ، والجسد في حالة راحة ، فسيتم الحفاظ على حالة الراحة. لكن من المعروف أن حالة الراحة مرتبطة بالإطار المرجعي: في أحد الأبراج يكون الجسم في حالة راحة ، وفي الآخر يتحرك بنجاح وبسرعة كبيرة. تؤدي نتائج التجارب والاستدلال إلى استنتاج مفاده أنه ليس في جميع الأطر المرجعية سيتحرك الجسم في خط مستقيم وموحد أو يكون في حالة راحة في حالة عدم وجود هيئات أخرى تعمل عليه.

وبالتالي ، من أجل حل المشكلة الرئيسية للميكانيكا ، من المهم اختيار نظام الإبلاغ هذا ، حيث يتم مع ذلك الوفاء بقانون القصور الذاتي ، حيث يكون السبب الذي تسبب في التغيير في حركة الجسم واضحًا. إذا كان الجسم يتحرك في خط مستقيم وبشكل موحد في غياب عمل الهيئات الأخرى ، فإن مثل هذا الإطار المرجعي سيكون مفضلاً بالنسبة لنا ، وسوف يطلق عليه الإطار المرجعي بالقصور الذاتي(ISO).

وجهة نظر أرسطو حول سبب الحركة

الإطار المرجعي بالقصور الذاتي هو نموذج مناسب 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 الإغريق القدماء الحركة بطريقة مختلفة تمامًا. سوف نتعرف على وجهة نظر أرسطو عن الحركة (الشكل 6).

أرز. 6. أرسطو

وفقًا لأرسطو ، لا يوجد سوى إطار مرجعي واحد بالقصور الذاتي - الإطار المرجعي المرتبط بالأرض. جميع الأنظمة المرجعية الأخرى ، وفقًا لأرسطو ، ثانوية. وفقًا لذلك ، يمكن تقسيم جميع الحركات إلى نوعين: 1) طبيعية ، أي تلك التي تذكرها الأرض ؛ 2) قسري ، أي كل الباقي.

أبسط مثال على الحركة الطبيعية هو السقوط الحر لجسم على الأرض ، لأن الأرض في هذه الحالة تنقل السرعة إلى الجسم.

تأمل في مثال على الحركة القسرية. هذا هو الوضع عندما يسحب الحصان العربة. طالما أن الحصان يمارس القوة ، تتحرك العربة (الشكل 7). بمجرد توقف الحصان ، توقفت العربة أيضًا. لا قوة ولا سرعة. وفقًا لأرسطو ، 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 الكولونيل فريدريش كراوس فون زيلرجوت من مغامرات الجندي الصالح شفايك أثناء الحرب العالمية توضيح مبدأ "لا قوة - بلا سرعة": "عندما خرج كل البنزين ،" قال الكولونيل ، "كانت السيارة اضطر للتوقف. هذا ما رأيته بالأمس. وبعد ذلك ما زالوا يتحدثون عن القصور الذاتي أيها السادة. لا يذهب ، يقف ، لا يتحرك من مكان. لا بنزين! حسنًا ، أليس هذا مضحكًا؟

كما هو الحال في الأعمال التجارية الحديثة ، حيث يوجد معجبون ، سيكون هناك دائمًا نقاد. كان لأرسطو نقادها أيضًا. اقترحوا أن يقوم بالتجربة التالية: اترك الجسد ، وسوف يقع بالضبط تحت المكان الذي نتركه يذهب إليه. دعونا نعطي مثالا على نقد نظرية أرسطو ، على غرار أمثلة معاصريه. تخيل أن طائرة تحلق رميت قنبلة (الشكل 8). هل ستسقط القنبلة بالضبط تحت المكان الذي أطلقناها فيه؟

أرز. 8. التوضيح على سبيل المثال

بالطبع لا. لكن بعد كل شيء ، هذه حركة طبيعية - حركة أبلغت عنها الأرض. ثم ما الذي يجعل هذه القنبلة تتحرك أبعد وأكثر؟ أجاب أرسطو بهذه الطريقة: الحقيقة هي أن الحركة الطبيعية التي تشير إليها الأرض هي سقوط مستقيم للأسفل. لكن عندما تتحرك في الهواء ، فإن القنبلة تحملها اضطراباتها ، وهذه الاضطرابات ، كما هي ، تدفع القنبلة إلى الأمام.

ماذا سيحدث إذا تم إزالة الهواء وخلق فراغ؟ بعد كل شيء ، إذا لم يكن هناك هواء ، فوفقًا لأرسطو ، يجب أن تسقط القنبلة بدقة تحت المكان الذي ألقيت فيه. جادل أرسطو بأنه إذا لم يكن هناك هواء ، فإن مثل هذا الموقف ممكن ، ولكن في الواقع لا يوجد فراغ في الطبيعة ، ولا يوجد فراغ. واذا لم يكن هناك فراغ فلا مشكلة.

وفقط جاليليو جاليلي هو من صاغ مبدأ القصور الذاتي بالشكل الذي اعتدنا عليه. سبب التغيير في السرعة هو تأثير الأجسام الأخرى على الجسم. إذا لم تتصرف أجسام أخرى على الجسم أو تم تعويض هذا الإجراء ، فلن تتغير سرعة الجسم.

يمكننا أن نجعل المنطق التالي فيما يتعلق بالإطار المرجعي بالقصور الذاتي. تخيل حالة تتحرك فيها سيارة ، ثم يقوم السائق بإيقاف تشغيل المحرك ، ثم تتحرك السيارة بالقصور الذاتي (الشكل 9). لكن هذا بيان غير صحيح لسبب بسيط وهو أن السيارة ستتوقف بمرور الوقت نتيجة لقوة الاحتكاك. لذلك ، في هذه الحالة لن يكون هناك حركة موحدة- أحد الشروط مفقود.

أرز. 9. تتغير سرعة السيارة نتيجة قوة الاحتكاك

تأمل حالة أخرى: جرار كبير كبير يتحرك بسرعة ثابتة ، بينما أمامه يسحب حمولة كبيرة بدلو. يمكن اعتبار مثل هذه الحركة مستقيمة وموحدة ، لأنه في هذه الحالة يتم تعويض جميع القوى التي تعمل على الجسم وتوازن بعضها البعض (الشكل 10). ومن ثم ، فإن الإطار المرجعي المرتبط بهذه الهيئة ، يمكن أن نعتبره بالقصور الذاتي.

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

يمكن أن يكون هناك الكثير من الأطر المرجعية بالقصور الذاتي. ومع ذلك ، في الواقع ، لا يزال هذا الإطار المرجعي مثاليًا ، لأنه عند الفحص الدقيق لا توجد مثل هذه الأطر المرجعية بالمعنى الكامل. ISO هو نوع من المثالية التي تسمح لك بمحاكاة العمليات الفيزيائية الحقيقية بشكل فعال.

بالنسبة للأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي ، فإن صيغة جاليليو لإضافة السرعات صحيحة. لاحظ أيضًا أن جميع الأطر المرجعية ، التي تحدثنا عنها من قبل ، يمكن اعتبارها قصورًا ذاتيًا في بعض التقريب.

كان إسحاق نيوتن أول من صاغ القانون المخصص لـ ISO. تكمن ميزة نيوتن في حقيقة أنه كان أول من أظهر علميًا أن سرعة الجسم المتحرك لا تتغير على الفور ، ولكن نتيجة لبعض الإجراءات بمرور الوقت. شكلت هذه الحقيقة الأساس لخلق القانون ، الذي نسميه قانون نيوتن الأول.

قانون نيوتن الأول : هناك أنظمة مرجعية يتحرك فيها الجسم في خط مستقيم وموحد أو في حالة راحة إذا لم تكن هناك قوى تؤثر على الجسم أو يتم تعويض جميع القوى المؤثرة على الجسم. تسمى هذه الأطر المرجعية بالقصور الذاتي.

بطريقة أخرى ، يقولون هذا أحيانًا: الإطار المرجعي بالقصور الذاتي هو الإطار الذي يتم فيه الوفاء بقوانين نيوتن.

لماذا الأرض هو ثاني أكسيد الكربون غير بالقصور الذاتي. بندول فوكو

في بأعداد كبيرةالمشاكل ، من الضروري النظر في حركة الجسم بالنسبة للأرض ، بينما نعتبر الأرض إطارًا مرجعيًا بالقصور الذاتي. اتضح أن هذا البيان ليس صحيحًا دائمًا. إذا أخذنا في الاعتبار حركة الأرض بالنسبة لمحورها أو بالنسبة للنجوم ، فإن هذه الحركة تحدث ببعض التسارع. لا يمكن اعتبار SO ، الذي يتحرك مع تسارع معين ، قصورًا بذاته بالمعنى الكامل.

تدور الأرض حول محورها ، مما يعني أن جميع النقاط الموجودة على سطحها تغير اتجاه سرعتها باستمرار. السرعة هي كمية متجهة. إذا تغير اتجاهه ، فسيظهر 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 الأقرب من القطبين) ، فإن قيمتها ستكون. يوضح المؤشر أن التسارع جاذب. مقارنة بالتسارع السقوط الحريمكن إهمال التسارع ويمكن اعتبار الأرض إطارًا مرجعيًا بالقصور الذاتي.

ومع ذلك ، أثناء الملاحظات طويلة المدى ، لا ينبغي لأحد أن ينسى دوران الأرض. أظهر هذا بشكل مقنع من قبل العالم الفرنسي جان برنارد ليون فوكو (الشكل 11).

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

بندول فوكو(الشكل 12) - إنه وزن هائل معلق على خيط طويل جدًا.

أرز. 12. نموذج فوكو البندول

إذا تم إخراج بندول فوكو من التوازن ، فسيتم وصفه المسار التالييختلف عن الخط المستقيم (الشكل 13). يرجع إزاحة البندول إلى دوران الأرض.

أرز. 13. تذبذبات فوكو البندول. وجهة نظر من فوق.

يعود دوران الأرض إلى سلسلة حقائق مثيرة للاهتمام. على سبيل المثال ، في أنهار نصف الكرة الشمالي ، كقاعدة عامة ، تكون الضفة اليمنى أكثر انحدارًا والضفة اليسرى أكثر رقة. في أنهار نصف الكرة الجنوبي - 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 تتصرف أي أجسام على الجسم أو كان عملها متوازنًا (معوضًا) ، فسيكون هذا الجسم في حالة راحة أو يتحرك بشكل موحد ومستقيم.

لنفكر في الموقف الذي سيوضح لنا أن مثل هذه الصيغة لقانون نيوتن الأول بحاجة إلى التصحيح. تخيل قطارًا بنوافذ ذات ستائر. في مثل هذا القطار ، لا يستطيع الراكب تحديد ما إذا كان القطار يتحرك أم لا بواسطة الأشياء الموجودة بالخارج. دعونا نفكر في إطارين مرجعيين: FR المرتبط بالراكب Volodya و FR المرتبط بالمراقب على منصة Katya. يبدأ القطار في التسارع ، وتزداد سرعته. ماذا سيحدث للتفاحة على الطاولة؟ سوف تتدحرج في الاتجاه المعاكس. بالنسبة لكاتيا ، سيكون من الواضح أن التفاحة تتحرك بسبب القصور الذاتي ، لكن بالنسبة لفولوديا ، سيكون الأمر غير مفهوم. إنه لا يرى أن القطار قد بدأ حركته ، وفجأة بدأت تفاحة ملقاة على الطاولة تتدحرج عليه. كيف يمكن أن يكون هذا؟ بعد كل شيء ، وفقًا لقانون نيوتن الأول ، يجب أن تظل التفاحة في حالة راحة. لذلك ، من الضروري تحسين تعريف قانون نيوتن الأول.

أرز. 14. مثال توضيحي

الصياغة الصحيحة لقانون نيوتن الأوليبدو كالتالي: هناك أنظمة مرجعية يتحرك فيها الجسم في خط مستقيم وموحد أو يكون في حالة راحة إذا لم تكن هناك قوى تؤثر على الجسم أو يتم تعويض جميع القوى المؤثرة على الجسم.

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

معظم الأنظمة ، أنظمة مرجعية حقيقية - غير بالقصور الذاتي. ضع في اعتبارك مثالًا بسيطًا: الجلوس في القطار ، تضع بعض الجسم (على سبيل المثال ، تفاحة) على الطاولة. عندما يبدأ القطار في التحرك ، سنلاحظ مثل هذه الصورة الغريبة: سوف تتحرك التفاحة ، وتتدحرج في الاتجاه المعاكس لحركة القطار (الشكل 15). في هذه الحالة ، لن نتمكن من تحديد الهيئات التي تعمل ، وجعل التفاحة تتحرك. في هذه الحالة ، يُقال أن النظام غير قصور ذاتي. لكن يمكنك الخروج من الموقف عن طريق الدخول قوة الجمود.

أرز. 15. مثال على ثاني أكسيد الكربون غير بالقصور الذاتي

مثال آخر: عندما يتحرك الجسم على طول طريق دائري (الشكل 16) ، تنشأ قوة تجعل الجسم ينحرف عن اتجاه الحركة المستقيم. في هذه الحالة ، يجب أن نفكر أيضًا الإطار المرجعي غير بالقصور الذاتي، ولكن ، كما في الحالة السابقة ، يمكننا أيضًا الخروج من الموقف بتقديم ما يسمى ب. قوى الجمود.

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

خاتمة

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

فهرس

1. كيكوين آي كيه ، كيكوين إيه كيه. الفيزياء: كتاب مدرسي للصف التاسع المدرسة الثانوية. - م: التنوير.
2. Peryshkin A.V. ، Gutnik E.M. الفيزياء. الصف التاسع: كتاب مدرسي للتعليم العام. المؤسسات / A. V. Peryshkin ، E. M. Gutnik. - الطبعة 14 ، الصورة النمطية. - م: بوستارد ، 2009. - 300.
3. سوكولوفيتش يو إيه ، بوجدانوفا جي إس. الفيزياء: كتيب مع أمثلة على حل المشكلات. - الطبعة الثانية إعادة التوزيع. - العاشر: فيستا: دار النشر "رانوك" 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 الأطر المرجعية بالقصور الذاتي وغير بالقصور الذاتي. أعط أمثلة على هذه الأنظمة.
2. قانون ولاية نيوتن الأول.
3. في ISO ، يكون الجسم في حالة راحة. حدد ما هي قيمة سرعته في IFR ، والتي تتحرك بالنسبة للإطار المرجعي الأول بسرعة الخامس?

أسئلة.

1. كيف يتحرك الجسم إذا لم تتصرف عليه أجسام أخرى؟

يتحرك الجسم بشكل موحد ومستقيم ، أو في حالة راحة.

2. يتحرك الجسم في خط مستقيم بشكل موحد. هل تغير سرعته؟

إذا كان الجسم يتحرك بشكل موحد وفي خط مستقيم ، فإن سرعته لا تتغير.

3. ما هي الآراء المتعلقة بحالة الراحة وحركة الأجساد الموجودة من قبل السابع عشر في وقت مبكرالخامس.؟

حتى بداية القرن السابع عشر ، سادت نظرية أرسطو ، والتي بموجبها ، إذا لم يتضح تأثير خارجي، إذًا يمكن أن تكون في حالة سكون ، ولكي تتحرك بسرعة ثابتة ، يجب أن يعمل جسم آخر عليها باستمرار.

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 نُفّذت التجربة الموضحة في الشكل 19 ، وما هي الاستنتاجات التي نتجت عنها؟

مسار الخبرة. توجد كرتان على عربة تتحركان بشكل موحد ومستقيم بالنسبة للأرض. تقع إحدى الكرات في أسفل العربة ، والثانية معلقة من الخيط. الكرات في حالة سكون بالنسبة للعربة ، لأن القوى المؤثرة عليها متوازنة. عند الكبح ، تتحرك كلتا الكرتين. يغيرون سرعتهم بالنسبة للعربة ، على الرغم من عدم وجود قوى تؤثر عليهم. الخلاصة: نتيجة لذلك ، في الإطار المرجعي المرتبط بعربة الكبح ، لم يتم استيفاء قانون القصور الذاتي.

6. كيف يقرأ قانون نيوتن الأول؟ (بالمصطلحات الحديثة)؟

قانون نيوتن الأول في الصياغة الحديثة: هناك أنظمة مرجعية فيما يتعلق بالأجسام التي تحافظ على سرعتها دون تغيير إذا لم تتأثر بأجسام أخرى (قوى) أو يتم تعويض عمل هذه الأجسام (القوى) (يساوي الصفر).

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

تُسمى الإطارات المرجعية التي يتم فيها استيفاء قانون القصور الذاتي بالقصور الذاتي ، والتي لا يتم الوفاء بها - غير القصور الذاتي.

نعم تستطيع. هذا يتبع من تعريف الإطارات المرجعية بالقصور الذاتي.

9. هل الإطار المرجعي يتحرك مع التسارع بالنسبة لأي إطار بالقصور الذاتي؟

لا ، ليس بالقصور الذاتي.

تمارين.

1. على المنضدة ، في قطار متحرك بشكل منتظم ومستقيم ، توجد سيارة لعبة متحركة بسهولة. عند فرملة القطار ، اندفعت السيارة إلى الأمام دون أي تأثير خارجي ، وحافظت على سرعتها بالنسبة إلى الأرض.
هل تحقق قانون القصور الذاتي: أ) في الإطار المرجعي المتصل بالأرض ؛ ب) في الإطار المرجعي المرتبط بالقطار ، أثناء حركته المستقيمة والموحدة؟ أثناء الكبح؟
هل من الممكن في الحالة الموصوفة اعتبار الإطار المرجعي المتصل بالأرض قصورًا ذاتيًا؟ مع القطار؟

أ) نعم قانون القصور الذاتي مستوفى في كل الأحوال لأن استمرت الآلة في التحرك بالنسبة إلى الأرض ؛ ب) في حالة الزي الرسمي و الحركة المستقيمةالقطارات ، فإن قانون القصور الذاتي مستوفى (الآلة ثابتة) ، ولكن ليس عند الكبح. الأرض في جميع الحالات هي إطار مرجعي بالقصور الذاتي ، والقطار يكون فقط في حركة موحدة ومستقيمة.

مقرر فيزياء عامة

مقدمة.

الفيزياء (اليونانية ، من الطبيعة - الطبيعة) ، علم الطبيعة ، ودراسة أبسط وفي نفس الوقت أكثر الخصائص العامة للعالم المادي (أنماط الظواهر الطبيعية ، خصائص وبنية المادة وقوانين حركتها) . مفاهيم الفيزياء وقوانينها تكمن وراء كل العلوم الطبيعية. تنتمي الفيزياء إلى العلوم الدقيقة وتدرس الأنماط الكمية للظواهر. لذلك ، بطبيعة الحال ، فإن لغة الفيزياء هي الرياضيات.

يمكن أن توجد المادة في شكلين أساسيين: المادة والحقل. هم مترابطون.

أمثلة: In سكون – أجسام صلبة، السوائل ، البلازما ، الجزيئات ، الذرات ، الجسيمات الأولية ، إلخ.

مجال- المجال الكهرومغناطيسي (كميات (أجزاء) المجال - الفوتونات) ؛

مجال الجاذبية (المجال الكمي - الجرافيتونات).

العلاقة بين المادة والميدان- إبادة زوج من الإلكترون والبوزيترون.

الفيزياء هي بالتأكيد علم رؤية للعالم ، ومعرفة أسسها هي عنصر ضروري في أي تعليم ، ثقافة الشخص الحديث.

في الوقت نفسه ، تمتلك الفيزياء حجمًا ضخمًا القيمة المطبقة. إنها تدين بالغالبية العظمى من الإنجازات التقنية والإعلامية والاتصالية للبشرية.

علاوة على ذلك ، على مدى العقود الماضية ، تم استخدام أساليب البحث الفيزيائي بشكل متزايد في العلوم التي تبدو بعيدة عن الفيزياء ، مثل علم الاجتماع والاقتصاد.

الميكانيكا الكلاسيكية.

الميكانيكا هي فرع الفيزياء الذي يتعامل معه ابسط شكلحركة المادة - حركة الأجسام في المكان والزمان.

في البداية ، صاغ I. نيوتن المبادئ الأساسية (قوانين) للميكانيكا كعلم في شكل ثلاثة قوانين حصلت على اسمه.

باستخدام طريقة المتجه للوصف ، يمكن تعريف السرعة على أنها مشتق من متجه نصف القطر لنقطة أو جسم ، وتعمل الكتلة هنا كمعامل للتناسب.

1. عندما يتفاعل جسمان ، يعمل كل منهما على جسم آخر بنفس القيمة ، ولكن في الاتجاه المعاكس ، القوة.

هذه القوانين تأتي من التجربة. كل الميكانيكا الكلاسيكية مبنية عليها. لفترة طويلة كان يعتقد أن جميع الظواهر المرصودة يمكن وصفها من خلال هذه القوانين. ومع ذلك ، بمرور الوقت ، اتسعت حدود القدرات البشرية ، وأظهرت التجربة أن قوانين نيوتن ليست دائمًا صالحة ، ونتيجة لذلك ، فإن للميكانيكا الكلاسيكية حدودًا معينة للتطبيق.

بالإضافة إلى ذلك ، سننتقل بعد ذلك بقليل إلى الميكانيكا الكلاسيكية من زاوية مختلفة قليلاً - بناءً على قوانين الحفظ ، والتي تعتبر إلى حد ما قوانين فيزيائية أكثر عمومية من قوانين نيوتن.

1.2 حدود تطبيق الميكانيكا الكلاسيكية.

يتعلق القيد الأول بسرعات الأشياء قيد الدراسة. أظهرت التجربة أن قوانين نيوتن تظل صالحة فقط بشرط أين سرعة الضوء في الفراغ ( ). عند هذه السرعات ، لا تتغير المقاييس الخطية والفترات الزمنية عند الانتقال من إطار مرجعي إلى آخر. لهذا المكان والزمان مطلقانفي الميكانيكا الكلاسيكية.

لذا ، فإن الميكانيكا الكلاسيكية تصف الحركة بسرعات نسبية منخفضة ، أي هذه فيزياء غير نسبية. الحد من السرعات العالية هو الحد الأول لتطبيق ميكانيكا نيوتن الكلاسيكية.

بالإضافة إلى ذلك ، تُظهر التجربة أن تطبيق قوانين ميكانيكا نيوتن غير قانوني لوصف الأجسام الدقيقة: الجزيئات ، والذرات ، والنوى ، والجسيمات الأولية ، إلخ. بدءا من الأبعاد

() ، وصفًا مناسبًا للظواهر المرصودة من قبل الآخرين

القوانين - الكم. يجب استخدامها عندما تصف الكمية المميزة النظام ولها البعد ، يمكن مقارنته بثابت بلانك ، فلنفترض أنه بالنسبة للإلكترون في الذرة ، لدينا. ثم الكمية ، التي لها أبعاد الزخم الزاوي ، تساوي:.

أي ظاهرة فيزيائية- هذا تسلسل أحداث. حدثيسمى ما يحدث في نقطة معينة في الفضاء هذه اللحظةوقت.

لوصف الأحداث ، أدخل المكان والزمان- الفئات التي تدل على الأشكال الرئيسية لوجود المادة. يعبر الفضاء عن ترتيب وجود الأشياء الفردية ، والوقت يعبر عن ترتيب تغير الظواهر. يجب تحديد المكان والزمان. يتم وضع العلامات من خلال تقديم هيئات مرجعية وهيئات مرجعية (مقياس).

أنظمة مرجعية. أنظمة مرجعية بالقصور الذاتي.

لوصف حركة الجسم أو النموذج المستخدم - يمكن تطبيق النقطة المادية طريقة النواقلالأوصاف ، عندما يتم تعيين موضع الشيء الذي يهمنا باستخدام متجه نصف القطر مقطع موجه من الهيئة المرجعية إلى نقطة تهمنا ، ويمكن أن يتغير موقعها في الفضاء بمرور الوقت. يتم استدعاء موضع نهايات متجه نصف القطر مسارنقطة متحركة.

2.1. نظم الإحداثيات.

طريقة أخرى لوصف حركة الجسم هي تنسيق، حيث يرتبط نظام إحداثيات معين ارتباطًا صارمًا بالهيئة المرجعية.

في الميكانيكا والفيزياء بشكل عام ، من المناسب استخدام أنظمة إحداثيات مختلفة في المشكلات المختلفة. الأكثر استخداما ما يسمى ب ديكارتي واسطواني وكروينظم الإحداثيات.

1) نظام الإحداثيات الديكارتية: يتم إدخال ثلاثة محاور متعامدة بشكل متبادل مع مقاييس محددة على طول جميع المحاور الثلاثة (المساطر). النقطة المرجعية لجميع المحاور مأخوذة من الهيئة المرجعية. حدود التغيير لكل من الإحداثيات من إلى.

يتم تعريف متجه نصف القطر الذي يحدد موضع نقطة من حيث إحداثياتها

. (2.1)

حجم صغير في النظام الديكارتي:

,

أو بزيادات متناهية في الصغر:

(2.2)

2) نظام إحداثيات أسطواني: يتم تحديد المسافة من المحور وزاوية الدوران من المحور السيني والارتفاع على طول المحور من الجسم المرجعي كمتغيرات.

3) نظام الإحداثيات الكروية: أدخل المسافة من الجسم المرجعي إلى نقطة الاهتمام والزوايا

دوران و ، تحسب من المحاور و ، على التوالي.

متجه نصف القطر - دالة المتغيرات

,

ينسق حدود التغيير:

ترتبط الإحداثيات الديكارتية بالإحداثيات الكروية من خلال العلاقات التالية

(2.6)

عنصر الحجم في الإحداثيات الكروية:

(2.7)

2.2. نظام مرجعي.

لإنشاء نظام مرجعي ، يجب استكمال نظام الإحداثيات المتصل بشكل صارم بالهيئة المرجعية بساعة. يمكن أن توجد الساعات في نقاط مختلفة في الفضاء ، لذا يجب مزامنتها. يتم تنفيذ مزامنة الساعة باستخدام الإشارات. دع وقت انتشار الإشارة من النقطة التي وقع فيها الحدث إلى نقطة المراقبة يكون. ثم يجب أن تظهر ساعتنا الوقت في اللحظة التي تظهر فيها الإشارة. إذا كانت الساعة عند نقطة الحدث في وقت حدوثه تظهر الوقت. سنعتبر أن مثل هذه الساعات متزامنة.

إذا كانت المسافة من النقطة في الفضاء حيث وقع الحدث إلى نقطة المراقبة ، وكان معدل إرسال الإشارة ، إذن . في الميكانيكا الكلاسيكية ، من المفترض أن سرعة انتشار الإشارة . لذلك ، يتم إدخال ساعة واحدة في كل الفضاء.

إجمالي الهيئات المرجعية وأنظمة التنسيق والساعاتاستمارة نظام مرجعي(كو).

هناك عدد لا حصر له من الأنظمة المرجعية. تظهر التجربة أنه في حين أن السرعات صغيرة مقارنة بسرعة الضوء , المقاييس الخطية والفترات الزمنية لا تتغيرعند الانتقال من نظام مرجعي إلى آخر.

بعبارة أخرى، في الميكانيكا الكلاسيكية ، المكان والزمان مطلقان.

لو ، ثم المقاييس والفترات الزمنية تعتمد على اختيار SS ، أي أصبح المكان والزمان مفاهيم نسبية. هذه بالفعل منطقة ميكانيكا النسبية.

2.3.الأطر المرجعية بالقصور الذاتي(ISO).

لذلك ، نحن نواجه اختيار نظام مرجعي يمكننا من خلاله حل مشاكل الميكانيكا (وصف حركة الأجسام وتحديد الأسباب التي تسببها). اتضح أنه ليست كل الأطر المرجعية متساوية ، ليس فقط في الوصف الرسمي للمشكلة ، ولكن الأهم من ذلك أنها تمثل الأسباب بطرق مختلفة. يسبب التغييرحالة الجسم.

يسمح لك الإطار المرجعي الذي صيغت فيه قوانين الميكانيكا ببساطة ، بتأسيس قانون نيوتن الأول ، الذي يفترض وجود الأطر المرجعية بالقصور الذاتي- ISO.

أنا قانون الميكانيكا الكلاسيكية - قانون جاليليو نيوتن للقصور الذاتي.

يوجد مثل هذا النظام المرجعي حيث تتحرك النقطة المادية ، إذا استبعدنا تفاعلها مع جميع الهيئات الأخرى ، عن طريق القصور الذاتي ، أي الحفاظ على حالة من الراحة أو الحركة المستقيمة المنتظمة.

هذا هو الإطار المرجعي بالقصور الذاتي (ISO).

في ISO ، التغيير في حركة نقطة مادية (التسارع) يرجع فقط إلى تفاعلها مع الهيئات الأخرى ، ولكنه لا يعتمد على خصائص الإطار المرجعي نفسه.

جميع الأطر المرجعية مقسمة إلى بالقصور الذاتي وغير بالقصور الذاتي. الإطار المرجعي بالقصور الذاتي هو أساس ميكانيكا نيوتن. يميز الحركة المستقيمة المنتظمة وحالة الراحة. يرتبط الإطار المرجعي غير بالقصور الذاتي بالحركة المتسارعة على طول مسار مختلف. يتم تحديد هذه الحركة فيما يتعلق بالأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي. يرتبط الإطار المرجعي غير القصور الذاتي بتأثيرات مثل قوة القصور الذاتي وقوة الطرد المركزي وقوة كوريوليس.

كل هذه العمليات تنشأ نتيجة الحركة وليس التفاعل بين الأجسام. غالبًا ما لا تعمل قوانين نيوتن في الأطر المرجعية غير القصورية. في مثل هذه الحالات ، يتم إضافة تعديلات على القوانين الكلاسيكية للميكانيكا. تؤخذ القوى الناتجة عن الحركة غير بالقصور الذاتي في الاعتبار عند تطوير المنتجات والآليات التقنية ، بما في ذلك تلك ذات الدوران. في الحياة ، نلتقي بهم ، نتحرك في مصعد ، نركب دائريًا ، نراقب الطقس وتدفق الأنهار. يتم أخذها أيضًا في الاعتبار عند حساب حركة المركبات الفضائية.

الأطر المرجعية بالقصور الذاتي وغير بالقصور الذاتي

الأطر المرجعية بالقصور الذاتي ليست دائمًا مناسبة لوصف حركة الأجسام. في الفيزياء ، هناك نوعان من الأنظمة المرجعية: أنظمة مرجعية بالقصور الذاتي وغير بالقصور الذاتي. وفقًا لميكانيكا نيوتن ، يمكن لأي جسم أن يكون في حالة راحة أو في حركة موحدة ومستقيمة ، باستثناء الحالات التي يتم فيها ممارسة تأثير خارجي على الجسم. تسمى هذه الحركة المنتظمة الحركة بالقصور الذاتي.

الحركة بالقصور الذاتي (أنظمة مرجعية بالقصور الذاتي) هي أساس ميكانيكا نيوتن وأعمال جاليليو. إذا اعتبرنا النجوم كائنات ثابتة (وهو في الواقع ليس صحيحًا تمامًا) ، فإن أي كائنات تتحرك بشكل موحد ومستقيم بالنسبة لها ستشكل إطارات مرجعية بالقصور الذاتي.

على عكس الأطر المرجعية بالقصور الذاتي ، يتحرك الإطار غير بالقصور الذاتي بالنسبة للإطار المحدد مع تسريع معين. في الوقت نفسه ، يتطلب استخدام قوانين نيوتن متغيرات إضافية ، وإلا فإنها لن تصف النظام بشكل كافٍ. للإجابة على السؤال حول أي الإطارات المرجعية تسمى غير بالقصور الذاتي ، يجدر التفكير في مثال للحركة غير بالقصور الذاتي. هذه الحركة هي دوران كواكبنا وكواكب أخرى.

الحركة في الأطر المرجعية غير بالقصور الذاتي

كان كوبرنيكوس أول من أظهر كيف يمكن أن تكون الحركة معقدة إذا كانت هناك عدة قوى متضمنة. قبله ، كان يُعتقد أن الأرض تتحرك من تلقاء نفسها وفقًا لقوانين نيوتن ، وبالتالي فإن حركتها قصور ذاتي. ومع ذلك ، أثبت كوبرنيكوس أن الأرض تدور حول الشمس ، أي أنها تقوم بحركة متسارعة فيما يتعلق بجسم غير متحرك مشروطًا ، والذي قد يكون نجمًا.

حتى لا يكون هناك أنظمة مختلفةمرجع. يُطلق على غير القصور الذاتي فقط تلك التي توجد بها حركة متسارعة ، والتي يتم تحديدها فيما يتعلق بالإطار بالقصور الذاتي.

الأرض كإطار مرجعي

يعتبر الإطار المرجعي غير القصور الذاتي ، الذي يمكن العثور على أمثلة منه في كل مكان تقريبًا ، نموذجيًا للأجسام ذات المسار المعقد للحركة. تدور الأرض حول الشمس ، مما يخلق خاصية الحركة المتسارعة للأطر المرجعية غير بالقصور الذاتي. ومع ذلك ، في الممارسة اليومية ، كل شيء نواجهه على الأرض يتوافق تمامًا مع افتراضات نيوتن. الشيء هو أن التصحيحات للحركة غير بالقصور الذاتي للأنظمة المرجعية المتصلة بالأرض غير مهمة للغاية ولا تلعب دورًا كبيرًا بالنسبة لنا. وتبين أن معادلات نيوتن لنفس السبب صحيحة بشكل عام.

بندول فوكو

ومع ذلك ، في بعض الحالات ، تكون التعديلات ضرورية. على سبيل المثال ، لا يتأرجح بندول فوكو المشهور عالميًا في كاتدرائية سانت بطرسبرغ خطيًا فحسب ، بل يتأرجح أيضًا ببطء. يرجع هذا الدوران إلى الحركة غير القصورية للأرض في الفضاء الخارجي.

أصبح هذا معروفًا لأول مرة في عام 1851 بعد تجارب العالم الفرنسي ل.فوكو. لم يتم إجراء التجربة نفسها في سانت بطرسبرغ ، ولكن في باريس ، في قاعة ضخمة. كان وزن كرة البندول حوالي 30 كجم ، وكان طول خيط التوصيل يصل إلى 67 مترًا.

في الحالات التي تكون فيها معادلات نيوتن فقط للإطار المرجعي بالقصور الذاتي غير كافية لوصف الحركة ، تتم إضافة ما يسمى بالقوى بالقصور الذاتي إليها.

خصائص الإطار المرجعي غير بالقصور الذاتي

يقوم الإطار المرجعي غير بالقصور الذاتي بأداء حركات مختلفة تتعلق بالقصور الذاتي. يمكن أن تكون حركة للأمام ، دوران ، حركات مركبة معقدة. توفر الأدبيات أيضًا مثل هذا المثال البسيط للإطار المرجعي غير القصور الذاتي كمصعد سريع الحركة. وبسبب حركته المتسارعة نشعر وكأننا مضغوطون على الأرض ، أو على العكس من ذلك ، هناك شعور قريب من انعدام الوزن. لا يمكن لقوانين نيوتن للميكانيكا أن تفسر مثل هذه الظاهرة. إذا اتبعت الفيزيائي الشهير ، فعندئذ ستؤثر نفس قوة الجاذبية في أي لحظة على الشخص الموجود في المصعد ، مما يعني أن الأحاسيس يجب أن تكون هي نفسها ، ولكن في الواقع كل شيء مختلف. لذلك ، من الضروري إضافة قوة إضافية لقوانين نيوتن ، والتي تسمى قوة القصور الذاتي.

قوة الجمود

قوة القصور الذاتي هي قوة فعلية حقيقية ، على الرغم من أنها تختلف في طبيعتها عن القوى المرتبطة بالتفاعل بين الأجسام في الفضاء. يؤخذ في الاعتبار في تطوير الهياكل التقنية والأجهزة والمسرحيات دور مهمفي عملهم. يتم قياس قوى القصور الذاتي بطرق مختلفة ، على سبيل المثال ، باستخدام مقياس الدينامومتر الربيعي. الأطر المرجعية غير بالقصور الذاتي ليست مغلقة ، لأن قوى القصور الذاتي تعتبر خارجية. قوى القصور الذاتي موضوعية العوامل الفيزيائيةولا تعتمد على إرادة ورأي المراقب.

الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي وغير القصور الذاتي ، والتي يمكن العثور على أمثلة لها في كتب الفيزياء المدرسية ، هي تأثير القوة بالقصور الذاتي ، وقوة الطرد المركزي ، وقوة كوريوليس ، ونقل الزخم من جسم إلى آخر ، وغيرها.

الحركة في المصعد

الأنظمة المرجعية غير بالقصور الذاتي ، تظهر قوى القصور الذاتي بشكل جيد أثناء الصعود أو الهبوط المتسارع. إذا تحرك المصعد لأعلى مع التسارع ، فإن قوة القصور الذاتي الناتجة تميل إلى الضغط على الشخص على الأرض ، وعند الكبح ، يبدأ الجسم ، على العكس من ذلك ، في الظهور بمظهر أخف. من حيث المظاهر ، فإن قوة القصور الذاتي في هذه الحالة تشبه قوة الجاذبية ، لكن لها طبيعة مختلفة تمامًا. الجاذبية هي الجاذبية التي ترتبط بالتفاعل بين الأجسام.

قوى الطرد المركزي

يمكن أيضًا أن تكون القوى في الأطر المرجعية غير بالقصور الذاتي طاردة مركزية. من الضروري إدخال مثل هذه القوة لنفس سبب قوة القصور الذاتي. مثال صارخعمل قوى الطرد المركزي - الدوران على الكاروسيل. بينما يميل الكرسي إلى إبقاء الشخص في "مداره" ، تتسبب قوة القصور الذاتي في ضغط الجسم على الجزء الخارجي من الكرسي. يتم التعبير عن هذه المواجهة في ظهور ظاهرة مثل قوة الطرد المركزي.

قوة كوريوليس

عمل هذه القوة معروف جيدًا في مثال دوران الأرض. لا يمكن تسميتها قوة إلا بشروط ، لأنها ليست كذلك. جوهر عملها هو أنه أثناء الدوران (على سبيل المثال ، الأرض) ، تتحرك كل نقطة من جسم كروي في دائرة ، بينما تتحرك الأشياء المنفصلة عن الأرض بشكل مثالي في خط مستقيم (مثل ، على سبيل المثال ، جسم يطير بحرية في الفضاء). بما أن خط العرض هو مسار دوران النقاط سطح الأرض، ولها شكل حلقة ، ثم أي أجسام منفصلة عنها وتتحرك في البداية على طول هذا الخط ، تتحرك خطيًا ، تبدأ في الانحراف عنها أكثر فأكثر في اتجاه خطوط العرض السفلية.

خيار آخر هو عندما يتم إطلاق الجسم في اتجاه الزوال ، ولكن بسبب دوران الأرض ، من وجهة نظر مراقب الأرض ، لن تكون حركة الجسم قطرية بشكل صارم.

تمارس قوة كوريوليس تأثير كبيرعلى تطوير عمليات الغلاف الجوي. تحت تأثيره ، يضرب الماء الشاطئ الشرقي للأنهار التي تتدفق في اتجاه الزوال بقوة أكبر ، مما يؤدي إلى تآكله تدريجياً ، مما يؤدي إلى ظهور المنحدرات. في الغرب ، على العكس من ذلك ، يتم ترسيب هطول الأمطار ، لذلك يكون لطيفًا وغالبًا ما يغمره الماء أثناء الفيضانات. صحيح أن هذا ليس السبب الوحيد الذي أدى إلى حقيقة أن جانبًا واحدًا من النهر أعلى من الآخر ، ولكنه في كثير من الحالات هو المسيطر.

قوة كوريوليس لها أيضًا تأكيد تجريبي. حصل عليها الفيزيائي الألماني ف. رايش. في التجربة ، سقطت الجثث من ارتفاع 158 م وأجريت 106 تجارب من هذا القبيل. خلال الخريف ، انحرفت الأجسام عن مسار مستقيم (من وجهة نظر مراقب أرضي) بحوالي 30 ملم.

الأطر المرجعية بالقصور الذاتي ونظرية النسبية

تم إنشاء نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين فيما يتعلق بالأطر المرجعية بالقصور الذاتي. ووفقًا لهذه النظرية ، يجب أن تظهر التأثيرات النسبية المزعومة في حالة السرعات العالية جدًا للجسم بالنسبة إلى الراصد "الثابت". تمت كتابة جميع صيغ نظرية النسبية الخاصة أيضًا للحركة الموحدة المتأصلة في الإطار المرجعي بالقصور الذاتي. تؤكد الفرضية الأولى لهذه النظرية تكافؤ أي أنظمة مرجعية بالقصور الذاتي ، أي الافتراض بعدم وجود أنظمة خاصة ومميزة.

ومع ذلك ، فإن هذا يدعو إلى التساؤل عن إمكانية اختبار التأثيرات النسبية (بالإضافة إلى حقيقة وجودها) ، مما أدى إلى ظهور مثل هذه الظواهر مثل مفارقة التوأم. نظرًا لأن الأنظمة المرجعية المرتبطة بالصاروخ والأرض متساوية بشكل أساسي ، فإن تأثيرات تمدد الوقت في زوج "صاروخ الأرض" ستعتمد فقط على مكان وجود الراصد. لذلك ، بالنسبة لمراقب على صاروخ ، يجب أن يكون الوقت على الأرض أبطأ ، وبالنسبة لشخص على كوكبنا ، على العكس من ذلك ، يجب أن يكون أبطأ على صاروخ. نتيجة لذلك ، سيرى التوأم الذي بقي على الأرض شقيقه الأصغر القادم ، والشخص الذي كان في الصاروخ ، بعد وصوله ، يجب أن يرى أصغر من الذي بقي على الأرض. من الواضح أن هذا مستحيل ماديًا.

هذا يعني أنه من أجل ملاحظة التأثيرات النسبية ، هناك حاجة إلى إطار مرجعي خاص ومميز. على سبيل المثال ، من المفترض أننا نلاحظ زيادة نسبية في عمر الميونات إذا تحركت بسرعة قريبة من سرعة الضوء بالنسبة إلى الأرض. هذا يعني أن الأرض يجب (علاوة على ذلك ، بدون بديل) أن تتمتع بخصائص أولوية ، إطار مرجعي أساسي ، والذي يتعارض مع الافتراض الأول لـ SRT. الأولوية ممكنة فقط إذا كانت الأرض هي مركز الكون ، وهو ما يتوافق فقط مع الصورة البدائية للعالم ويتعارض مع الفيزياء.

الأطر المرجعية غير بالقصور الذاتي كطريقة فاشلة لشرح المفارقة المزدوجة

إن محاولات شرح أولوية النظام المرجعي "الأرضي" لا تصمد أمام النقد. يربط بعض العلماء هذه الأولوية على وجه التحديد بعامل القصور الذاتي لأحدهم وعدم القصور الذاتي لإطار مرجعي آخر. في الوقت نفسه ، يُعتبر الإطار المرجعي المرتبط بمراقب على الأرض قصورًا ذاتيًا ، على الرغم من حقيقة أنه في العلوم الفيزيائية يُعترف به رسميًا على أنه غير قصور ذاتي (Detlaf ، Yavoursky ، مسار الفيزياء ، 2000). هذا هو الاول. والثاني هو نفس مبدأ المساواة في أي أنظمة مرجعية. حتى إذا سفينة فضائيةيترك الأرض بالتسارع ، ثم من وجهة نظر الراصد على السفينة نفسها ، فهي ثابتة ، والأرض ، على العكس من ذلك ، تطير بعيدًا عنها بسرعة متزايدة.

اتضح أن الأرض نفسها هي إطار مرجعي خاص ، أو أن التأثيرات المرصودة لها تفسير مختلف (غير نسبي). قد تكون العمليات مرتبطة بخصائص إعداد التجارب أو تفسيرها ، أو بآليات فيزيائية أخرى للظواهر المرصودة.

خاتمة

وهكذا ، تؤدي الأطر المرجعية غير بالقصور الذاتي إلى ظهور قوى لم تجد مكانها في قوانين ميكانيكا نيوتن. عند حساب الأنظمة غير بالقصور الذاتي ، يجب أن تؤخذ هذه القوى في الاعتبار ، بما في ذلك عند تطوير المنتجات التقنية.