Eski zamanlardan beri, maddi cisimlerin hareketi bilim adamlarının zihinlerini heyecanlandırmayı bırakmadı. Bu nedenle, örneğin, Aristoteles'in kendisi, bir cisme hiçbir kuvvet etki etmezse, böyle bir cismin her zaman hareketsiz olacağına inanıyordu.
Ve ancak 2000 yıl sonra, İtalyan bilim adamı Galileo Galilei, "her zaman" kelimesini Aristoteles'in formülasyonundan çıkarabildi. Galileo, vücudun hareketsiz olmasının dış kuvvetlerin yokluğunun tek sonucu olmadığını fark etti.
Sonra Galileo şunu ilan etti: Üzerine hiçbir kuvvetin etki etmediği bir cisim ya durur ya da düz bir çizgide düzgün bir şekilde hareket eder. Yani, fizik açısından düz bir yol boyunca aynı hızla hareket etmek, bir dinlenme durumuna eşdeğerdir.
dinlenme durumu nedir
Hayatta bu gerçeği gözlemlemek çok zordur, çünkü her zaman nesnelerin ve şeylerin yerlerinden çıkmasına izin vermeyen bir sürtünme kuvveti vardır. Ancak, vücudun üzerinde durduğu sonsuz uzunlukta, kesinlikle kaygan ve pürüzsüz bir buz pateni pisti hayal edersek, vücuda bir itme verirsek, o zaman vücudun sonsuz uzunlukta ve tek bir düz çizgide hareket edeceği aşikar hale gelir.
Ve aslında, vücuda yalnızca iki kuvvet etki eder: yerçekimi kuvveti ve desteğin tepki kuvveti. Ancak aynı düz çizgi üzerinde bulunurlar ve birbirlerine karşı yönlendirilirler. Böylece, süperpozisyon ilkesine göre, böyle bir cisme etkiyen toplam kuvvetin sıfır olduğunu elde ederiz.
Ancak bu ideal bir durumdur. Hayatta, sürtünme kuvveti hemen hemen her durumda kendini gösterir. Galileo, düz bir çizgide sabit bir hızda hareket ve dinlenme durumunu eşitleyerek önemli bir keşif yaptı. Ama bu yeterli değildi. Bu koşulun her durumda karşılanmadığı ortaya çıktı.
Isaac Newton, Galileo'nun araştırmasını özetleyerek ve böylece Newton'un Birinci Yasasını formüle ederek bu konuya açıklık getirdi.
Newton'un birinci yasası: kendimizi formüle ediyoruz
Newton'un birinci yasasının iki formülasyonu vardır, modern yasa ve bizzat Isaac Newton'un formülasyonu. Orijinal versiyonda, Newton'un birinci yasası bir şekilde yanlıştır ve bu yanlışlığı düzeltmeye çalışan modern versiyonun çok kafa karıştırıcı olduğu ve bu nedenle başarısız olduğu ortaya çıktı. Pekala, gerçek her zaman yakınlarda bir yerde olduğundan, onu "yakında" bulmaya ve bu yasanın ne olduğunu bulmaya çalışacağız.
Modern ifadeler kulağa şöyle geliyor: "Atalet denilen, maddi bir noktanın, dış etkilerin yokluğunda, hızının büyüklüğünü ve yönünü sonsuza kadar koruduğu böyle referans çerçeveleri vardır.".
atalet referans çerçeveleri
Eylemsizlik yasasının yerine getirildiği eylemsiz referans sistemleri denir. Eylemsizlik yasası, cisimler üzerinde başka cisimler hareket etmiyorsa hızlarını değiştirmezler. Çok sindirilemez, anlaşılmaz çıkıyor ve "Bu" burası "nerede?" cevap: "Burası" ve bir sonraki mantıklı soruya: "Bu" burası "nerede?" cevap: "Burada." Tereyağı yağı. Kısır döngü.
Newton'un kendi formülasyonu dır-dir: “Her beden dinlenme veya üniforma halinde tutulmaya devam ediyor ve doğrusal hareket uygulanan güçler tarafından bu durumu değiştirmeye zorlanana kadar ve sürece..
Ancak uygulamada bu yasaya her zaman uyulmamaktadır. Bunu kolayca doğrulayabilirsiniz. Hareket halindeki bir otobüste bir kişi tırabzanlara tutunmadan durduğunda ve otobüs sert bir şekilde fren yaptığında kişi, görünür bir kuvvet onu buna zorlamasa da otobüse göre göreli olarak ilerlemeye başlar.
Yani otobüse göre, orijinal formülasyondaki Newton'un birinci yasası yerine getirilmemiştir. Açıklığa kavuşturulması gerektiği açıktır. Bir iyileştirme, atalet referans çerçevelerinin tanıtılmasıdır. Yani, Newton'un birinci yasasının yerine getirildiği bu tür referans sistemleri. Bu tamamen net değil, o yüzden tüm bunları insan diline çevirmeye çalışalım.
Eylemsiz ve eylemsiz olmayan referans çerçeveleri
Herhangi bir cismin atalet özelliği, cisim diğer cisimlerden izole kaldığı sürece, dinlenme durumunu veya düzgün doğrusal hareketini koruyacak şekildedir. "İzole edilmiş", hiçbir şekilde bağlı olmayan, diğer bedenlerden sonsuz derecede uzakta olan anlamına gelir.
Uygulamada bu, örneğimizde bir otobüsü değil, Galaksinin eteklerindeki bir yıldızı referans çerçevesi olarak alırsak, o zaman Newton'un birinci yasasının tutunmayan dikkatsiz bir yolcu için kesinlikle tam olarak yerine getirileceği anlamına gelir. korkuluklara. Otobüs fren yaptığında, diğer cisimler üzerinde hareket edene kadar düzgün hareketine devam edecektir.
İncelenen cisimle hiçbir şekilde bağlantısı olmayan ve cismin eylemsizliğini hiçbir şekilde etkilemeyen bu referans sistemlerine atalet denir. Bu tür referans çerçeveleri için, orijinal formülasyonundaki Newton'un birinci yasası kesinlikle geçerlidir.
kanun budur bu şekilde formüle edilebilir: vücutla kesinlikle ilgili olmayan referans çerçevelerinde, dış etki olmadığında vücudun hızı değişmeden kalır. Bu formda, Newton'un birinci yasası kolaylıkla anlaşılabilir.
Sorun şu ki, pratikte belirli bir cismin hareketini bu tür referans çerçevelerine göre dikkate almak çok zordur. Sonsuz uzaklıkta bir yıldıza gidip oradan Dünya üzerinde herhangi bir deney yapamayız.
Bu nedenle, Dünya, üzerinde bulunan cisimlerle bağlantılı olmasına ve hareketlerinin özelliklerini etkilemesine rağmen, geleneksel olarak genellikle böyle bir referans çerçevesi olarak alınır. Ancak birçok hesaplama için bu yaklaşım yeterlidir. Bu nedenle, atalet referans sistemlerinin örnekleri, üzerinde bulunan cisimler için Dünya olarak kabul edilebilir, Güneş Sistemi gezegenleri için vb.
Newton'un birinci yasası hiçbir şeyi tanımlamaz. fiziksel formül, ancak onun yardımıyla başka kavramlar ve tanımlar türetilir. Aslında, bu yasa cisimlerin durağanlığını varsayar. Ve böylece eylemsizlik referans çerçeveleri için eylemsizlik yasasının Newton'un birinci yasası olduğu ortaya çıkıyor.
Atalet sistemlerine ve Newton'un birinci yasasına ilişkin daha fazla örnek
Yani, örneğin, toplu bir araba sabit bir hızla düz bir yüzeyde hareket eder ve ardından kumlu bir yüzeye çarparsa, arabanın içindeki top, üzerine hiçbir kuvvet etkimese de (aslında) hızlanmaya başlayacaktır. , yaparlar, ancak toplamları sıfırdır).
Bunun nedeni, referans çerçevesinin (bu durumda, tramvay) kumlu yüzeye çarptığı anda ataletsiz hale gelmesi, yani sabit bir hızda hareket etmeyi bırakmasıdır.
Newton'un Birinci Yasası eylemsiz ve eylemsiz olmayan referans çerçeveleri arasında önemli bir ayrım yapar. Ayrıca bu yasanın önemli bir sonucu da ivmenin bir anlamda cismin hızından daha önemli olmasıdır.
Çünkü düz bir çizgide sabit hızla hareket etmek, dinlenmenin özüdür. Oysa ivmeli hareket, ya cisme uygulanan kuvvetlerin toplamının sıfır olmadığını ya da cismin içinde bulunduğu referans çerçevesinin ataletsiz olduğunu, yani ivme ile hareket ettiğini açıkça gösterir.
Ayrıca, hızlanma hem pozitif (vücut hızlanır) hem de negatif (vücut yavaşlar) olabilir.
Eğitiminizle ilgili yardıma mı ihtiyacınız var?
Önceki konu: Hareketin Göreliliği: Kavram ve ÖrneklerSonraki konu: Newton'un ikinci yasası: formül ve tanım + az deneyim
Çoğu okuyucunun teorik muhakeme yapmaktan zaten sıkılmış olduğundan ve vermek isteyeceklerinden korkulabilir. özel örnek doğadaki atalet sistemi. Onların isteklerini mümkün olduğunca yerine getirmeye çalışalım. Belirli bir örneği ele alalım: LTT, Dünya'nın eylemsiz bir sistemi midir? Her öğrenci buna şöyle diyecektir: “Fizik öğretmeninin derste Newton yasalarını açıklayan verdiği tüm örnekler, cisimlerin Dünya üzerindeki hareketi ile ilgilidir. Bunu öyle anlıyorum ki, Dünya üzerindeki tüm cisimlerin hareketleri Newton yasalarına göre gerçekleşiyor. Bu nedenle, Dünya bir atalet sistemidir.”
Ancak bu sonuç doğru değil. Bunu görmek için, 1851'de Fransız Bilimler Akademisi üyesi Leon Foucault'nun ünlü deneyimini sergilediği Paris Pantheon'a geçelim.
Pantheon'un kubbesinden 67 metrelik bir kablo sarkıyor ve buna 28 ağırlığında bakır bir ağırlık takılıyor. kilogram. Bu devasa sarkaç sallanmaya ayarlanmıştır. Birkaç tereddütten sonra, insan bulur inanılmaz fenomen: Sarkacın salındığı düzlem yavaşça dönmeye başlar. Neden? Foucault, deneyin sonucunu Dünya'nın kendi ekseni etrafında dönmesiyle açıkladı. Dünya döner, ancak sarkacın salınım düzlemi değişmez - bu, sarkacın salınım düzleminin şuna göre dönmesine yol açar: yeryüzü. Bu açıklamaya tamamen katılıyoruz, ancak biraz farklı ifade edeceğiz: Dünya eylemsiz bir sistem değildir. Sarkacın salınım düzlemi Dünya'ya göre döner, ancak bu dönmeye neden olan kuvvetin kaynağı olabilecek herhangi bir cisim bulmak imkansızdır. Bu durumda, hızlanma (dönme, hızlandırılmış hareketleri ifade eder) aşağıdakilerin etkisi olmadan gerçekleşir: gerçek güç. Newton yasalarının geçerli olduğu atalet sistemlerinde bu tür olaylar imkansızdır.
Dünya, yalnızca yaklaşık olarak bir atalet sistemi olarak kabul edilebilir; başka bir deyişle, Dünya'yı yalnızca, dönüşünün pratikte gözle görülür bir etkisinin olmadığı bu tür süreçleri tanımlamak için bir atalet sistemi olarak düşünebiliriz. Doğaları gereği bizi çevreleyen fenomenlerin büyük çoğunluğu tam da böyledir. Bu nedenle, pratik hayatta, Newton yasalarını Dünya üzerindeki hareketlere güvenle uygulayabiliriz.
Dünyanın bir atalet sistemi olmadığı gerçeği, başka fenomenler tarafından da doğrulanmaktadır. 1802'de Hamburg'da 76 yükseklikten bir deney yapıldı. M ağır bir cisim yere düştü. Vücudun tam olarak üzerine etki eden yerçekimi kuvveti yönünde düşmediği, neredeyse 1 cm doğuya saptığı ortaya çıktı. Bu sadece Dünya'nın ataletsiz bir sistem olduğu gerçeğiyle açıklanabilir.
1857'de Rus akademisyen Karl Baer, nehir kıyısı erozyonunun iyi bilinen yasasını oluşturdu: kuzey yarımkürede meridyen boyunca akan nehirler için, güney yarımkürede sağ kıyı yüksek ve sol kıyı alçaktır. aksine, sol sıra yüksek ve sağ sıra alçaktır. Bu model özellikle büyük nehirlerde belirgindir. Nil, Ob, İrtiş, Lena, Volga, Tuna, Dinyeper, Don vb. Bu ancak kuzey yarımkürede meridyenler boyunca akan nehirlerin sularının sağa (sırasıyla güney yarımkürede sola) kayması, sağ kıyıyı ve sol kıyıyı yıkamasıyla açıklanabilir. yıkanmış kumdan oluşur, eğimli hale gelir.
Meridyen boyunca akan nehirler neden yana doğru sapmalı? Sarkacın düzleminin dönmesi ve serbest düşen bir cismin sapması ile aynı nedenle. Coğrafyacı, tüm bu fenomenlerin Dünya'nın kendi ekseni etrafında dönmesinden kaynaklandığı cevabını verecektir. Fizikçi, bunun bir referans cisim olarak Dünya'nın eylemsizliğini ifade ettiğini açıklayacaktır. Dünya atalet sistemlerine göre döner.
Bir atalet çerçevesi bulmak prensip olarak zor değildir: sadece Newton yasalarının tam olarak geçerli olduğu bir referans çerçevesi bulmanız gerekir. Ancak pratikte bu hiç de o kadar basit değil. Bir atalet sistemi, yalnızca serbest bir cisimle ilişkili bir sistem olabilir. Doğada, daha önce belirtildiği gibi, hayır özgür bedenler; bu etkileşim keyfi olarak küçük olabilse de, tüm cisimler diğer cisimlerle etkileşime girer. Bu nedenle, doğada belirli bir atalet sistemini belirtmek imkansızdır, ancak belirli bir sorunu incelerken, uygulama için yeterli doğrulukla eylemsizlik olarak kabul edilebilecek bir sistem her zaman bulunabilir. İstenen sistem her zaman, atalet olmamasından kaynaklanan olgular, kullanılan ölçüm cihazlarının hatasından daha az olacak şekilde seçilmelidir. Daha önce belirttiğimiz gibi, dünyanın hareketlerinin çoğunu tanımlarken, gezegenimiz bir atalet sistemi olarak kabul edilebilir. Foucault'nun deneyinde ve Dünya'nın hareketini incelerken, atalet sistemi Güneş ile ilişkilendirilmelidir. Güneş'in hareketi, çevredeki yıldızlarla ilişkili bir atalet çerçevesinde tanımlanabilir (yıldızların pratik olarak hareketsiz olduğu varsayılır) ve Galaksinin dönüşü incelenirken, atalet çerçevesinin kütle merkezi ile ilişkilendirilmesi gerekir. galaksi.
Eşdeğer, teorik mekanikte kullanım için uygun olan aşağıdaki formülasyondur: " Uzayın homojen ve izotropik olduğu ve zamanın homojen olduğu eylemsiz bir referans çerçevesi denir". Newton yasaları ve klasik mekanikteki diğer tüm dinamik aksiyomları eylemsiz referans sistemlerine göre formüle edilir.
"Atalet sistemi" (Alman Atalet sistemi) terimi 1885'te önerildi. Ludwig Lange mi?! ve Newton yasalarının geçerli olduğu bir koordinat sistemi anlamına geliyordu. Lange tarafından tasarlandığı şekliyle bu terim, bu dönemde yıkıcı eleştirilere maruz kalan mutlak uzay kavramının yerini alacaktı. Görelilik teorisinin gelişiyle birlikte, kavram "eylemsiz referans çerçevesi" olarak genelleştirildi.
Ansiklopedik YouTube
1 / 3
✪ Atalet referans sistemleri. Newton'un birinci yasası | Fizik 9. Sınıf #10 | bilgi dersi
✪ Newton'un birinci yasasının atalet referans çerçeveleri nelerdir?
✪ Eylemsiz ve eylemsiz olmayan referans çerçeveleri (1)
altyazılar
Eylemsiz referans çerçevelerinin özellikleri
IFR'ye göre düzgün, doğrusal ve dönmeden hareket eden herhangi bir referans çerçevesi de bir IFR'dir. Görelilik ilkesine göre, tüm IFR'ler eşittir ve bir IFR'den diğerine geçiş açısından tüm fizik yasaları değişmez. Bu, fizik yasalarının içlerindeki tezahürlerinin aynı göründüğü ve bu yasaların kayıtlarının aynı olduğu anlamına gelir. aynı şekil farklı ISO'larda.
Bir izotropik uzayda en az bir IFR'nin var olduğu varsayımı, birbirine göre tüm olası hızlarda düzgün, doğrusal ve ötelemeli olarak hareket eden sonsuz sayıda bu tür sistemler olduğu sonucuna götürür. IFR'ler varsa, o zaman uzay homojen ve izotropik olacak ve zaman homojen olacaktır; Noether teoremine göre, kaymalara göre uzayın homojenliği momentumun korunumu yasasını verecektir, izotropi momentumun korunumuna yol açacaktır ve zamanın homojenliği hareket eden bir cismin enerjisini koruyacaktır.
Gerçek cisimler tarafından gerçekleştirilen IFR'lerin göreli hareketinin hızları herhangi bir değer alabilirse, farklı IFR'lerdeki herhangi bir "olay"ın koordinatları ve zaman anları arasındaki bağlantı Galile dönüşümleri ile gerçekleştirilir.
Gerçek referans sistemleri ile bağlantı
Mutlak atalet sistemleri matematiksel bir soyutlamadır ve doğada yoktur. Ancak, birbirinden yeterince uzakta olan (Doppler etkisiyle ölçülen) cisimlerin göreli ivmesinin 10 −10 m/s²'yi aşmadığı referans çerçeveleri vardır, örneğin,
Newton'un birinci yasası, cisimlerin eylemsizliği gibi bir fenomenin varlığını varsayar. Bu nedenle Eylemsizlik Yasası olarak da bilinir. Eylemsizlik - bu, vücuda hiçbir kuvvet etki etmediğinde, vücudun hareket hızını (hem büyüklük hem de yön olarak) sürdürme olgusudur. Hareket hızını değiştirmek için vücuda bir miktar kuvvet uygulamak gerekir. Doğal olarak, aynı büyüklükteki kuvvetlerin farklı cisimler üzerindeki etkisinin sonucu farklı olacaktır. Böylece cisimlerin atalete sahip olduğu söylenir. Atalet, cisimlerin mevcut durumlarını değiştirmeye direnme özelliğidir. Atalet değeri vücut kütlesi ile karakterize edilir.
atalet referans çerçevesi
Newton'un birinci yasası (deneysel olarak değişen doğruluk dereceleriyle doğrulanabilir) atalet sistemlerinin gerçekten var olduğunu belirtir. Bu mekanik yasası, atalet referans çerçevelerini özel, ayrıcalıklı bir konuma yerleştirir.
Newton'un birinci yasasının karşılandığı referans çerçevelerine atalet denir.
atalet referans çerçeveleri- bunlar, üzerinde dış etkiler veya bunların karşılıklı telafisi olmadığında, maddi bir noktanın hareketsiz olduğu veya düzgün ve doğrusal olarak hareket ettiği sistemlerdir.
Sonsuz sayıda atalet sistemi vardır. Rayın düz bir bölümü boyunca sabit bir hızla hareket eden bir trenle ilişkili referans çerçevesi de Dünya ile ilişkili çerçeve gibi (yaklaşık olarak) bir atalet çerçevesidir. Tüm atalet referans çerçeveleri, birbirine göre düzgün ve doğrusal olarak hareket eden bir çerçeve sınıfı oluşturur. Farklı atalet çerçevelerindeki herhangi bir cismin ivmeleri aynıdır.
Belirli bir referans çerçevesinin atalet olduğu nasıl belirlenir? Bu ancak tecrübe ile yapılabilir. Gözlemler, çok yüksek bir doğruluk derecesiyle, güneş merkezli çerçevenin, koordinatların kaynağının Güneş ile ilişkilendirildiği ve eksenlerin belirli "sabit" yıldızlara yönlendirildiği eylemsiz bir referans çerçevesi olarak kabul edilebileceğini göstermektedir. Dünya yüzeyiyle katı bir şekilde bağlantılı olan referans çerçeveleri, kesin olarak söylemek gerekirse, atalet değildir, çünkü Dünya Güneş etrafında yörüngede hareket eder ve aynı zamanda kendi ekseni etrafında döner. Bununla birlikte, küresel (yani dünya çapında) bir ölçeğe sahip olmayan hareketleri tanımlarken, Dünya ile ilişkili referans sistemleri, yeterli doğrulukla atalet olarak kabul edilebilir.
Referans çerçeveleri, herhangi bir eylemsiz referans çerçevesine göre düzgün ve doğrusal olarak hareket ederlerse eylemsizdir.
Galileo, eylemsiz bir referans çerçevesi içinde kurulan herhangi bir mekanik deneyle, bu sistemin hareketsiz mi yoksa tekdüze ve doğrusal olarak hareket edip etmediğini belirlemenin imkansız olduğunu tespit etti. Bu ifadeye Galileo'nun görelilik ilkesi veya mekanik görelilik ilkesi denir.
Bu ilke daha sonra A. Einstein tarafından geliştirilmiştir ve özel görelilik teorisinin varsayımlarından biridir. Atalet referans çerçeveleri yalnızca fizikte oynar önemli rol, çünkü Einstein'ın görelilik ilkesine göre, herhangi bir fizik yasasının matematiksel ifadesi, her atalet referans çerçevesinde aynı forma sahiptir. Gelecekte sadece atalet sistemlerini kullanacağız (bundan her seferinde bahsetmeden).
Newton'un birinci yasasının karşılanmadığı referans çerçevelerine ataletsiz denir.
Bu tür sistemler, atalet referans çerçevesine göre ivme ile hareket eden herhangi bir referans çerçevesini içerir.
Newton mekaniğinde, cisimlerin etkileşim yasaları eylemsiz referans çerçeveleri sınıfı için formüle edilmiştir.
Dünya ile bağlantılı bir sistemin ataletsizliğinin kendini gösterdiği mekanik bir deney örneği, Foucault sarkacının davranışıdır. Bu, yeterince uzun bir ip üzerinde asılı duran ve denge konumu etrafında küçük salınımlar yapan büyük bir topun adıdır. Dünya ile bağlantılı sistem eylemsiz olsaydı, Foucault sarkacının salınım düzlemi Dünya'ya göre değişmeden kalırdı. Aslında, sarkacın salınım düzlemi Dünya'nın dönüşü nedeniyle döner ve sarkacın yörüngesinin Dünya yüzeyine izdüşümü bir rozet gibi görünür (Şekil 1).
Vücudun herhangi bir hareketi, yani doğrusal hareketi sürdürme eğiliminde olmadığı, örneğin aşağıdaki deneyle kanıtlanmaktadır (Şekil 2). Düz bir yatay yüzey boyunca düz bir çizgide hareket eden bir top, eğrisel bir şekle sahip bir engelle çarpışır, bu engelin etkisi altında bir yay üzerinde hareket etmeye zorlanır. Ancak top engelin kenarına ulaştığında eğrisel yönde hareketini durdurur ve tekrar düz bir çizgide hareket etmeye başlar. Yukarıdaki (ve benzeri) gözlemlerin sonuçlarını özetleyerek, eğer belirli bir cisim diğer cisimlerden etkilenmiyorsa veya eylemleri karşılıklı olarak telafi ediliyorsa, bu cismin hareketsiz olduğu veya hareket hızının çerçeveye göre değişmediği sonucuna varabiliriz. Dünya yüzeyine sabit referans.
Soru 6:
Tüm referans çerçeveleri eylemsiz ve eylemsiz olarak ayrılmıştır. atalet sistemi referans, Newton mekaniğinin temelidir. Düzgün doğrusal hareketi ve bir dinlenme durumunu karakterize eder. Ataletsel olmayan bir referans çerçevesi, farklı bir yörünge boyunca hızlandırılmış hareketle ilişkilendirilir. Bu hareket, atalet referans sistemlerine göre belirlenir. Eylemsiz olmayan referans çerçevesi, eylemsizlik kuvveti, merkezkaç kuvveti ve Coriolis kuvveti gibi etkilerle ilişkilidir.
Tüm bu süreçler, bedenler arasındaki etkileşimin değil, hareketin bir sonucu olarak ortaya çıkar. Newton yasaları genellikle eylemsiz olmayan referans çerçevelerinde çalışmaz. Bu gibi durumlarda, mekaniğin klasik yasalarına değişiklikler eklenir. Ataletsel olmayan hareketten kaynaklanan kuvvetler, dönüşlü olanlar da dahil olmak üzere teknik ürün ve mekanizmaların geliştirilmesinde dikkate alınır. Hayatta onlarla asansörde hareket ederken, atlıkarınca sürerken, havayı ve nehirlerin akışını izlerken karşılaşıyoruz. Uzay aracının hareketi hesaplanırken de dikkate alınırlar.
Eylemsiz ve eylemsiz olmayan referans çerçeveleri
Eylemsiz referans çerçeveleri, cisimlerin hareketini tanımlamak için her zaman uygun değildir. Fizikte 2 tip referans sistemi vardır: atalet ve atalet olmayan referans sistemleri. Newton mekaniğine göre, vücudun hareketsiz olduğu durumlar dışında, herhangi bir cisim hareketsiz veya düzgün ve doğrusal hareket halinde olabilir. dış etki. Bu tür düzgün harekete atalet hareketi denir.
Atalet hareketi (atalet referans sistemleri), Newton mekaniğinin ve Galileo'nun eserlerinin temelidir. Yıldızları sabit nesneler olarak düşünürsek (aslında tamamen doğru değildir), o zaman onlara göre düzgün ve doğrusal olarak hareket eden herhangi bir nesne eylemsiz referans çerçeveleri oluşturacaktır.
Eylemsiz referans çerçevelerinin aksine, eylemsiz olmayan bir çerçeve belirli bir ivme ile belirtilene göre hareket eder. Aynı zamanda, Newton yasalarının kullanımı ek değişkenler gerektirir, aksi takdirde sistemi yetersiz bir şekilde tanımlarlar. Hangi referans çerçevelerinin ataletsiz olarak adlandırıldığı sorusunu cevaplamak için ataletsiz hareketin bir örneğini düşünmeye değer. Böyle bir hareket, bizim ve diğer gezegenlerin dönüşüdür.
Eylemsiz olmayan referans çerçevelerinde hareket
Copernicus, birkaç kuvvet söz konusu olduğunda hareketin ne kadar karmaşık olabileceğini gösteren ilk kişiydi. Ondan önce, Dünya'nın Newton yasalarına göre kendi kendine hareket ettiğine ve bu nedenle hareketinin atalet olduğuna inanılıyordu. Bununla birlikte, Copernicus, Dünya'nın Güneş'in etrafında döndüğünü, yani yıldız olabilecek koşullu olarak hareketsiz bir nesneye göre hızlandırılmış bir hareket yaptığını kanıtladı.
İşte burda farklı sistemler referans. Eylemsiz olmayanlar, yalnızca eylemsizlik çerçevesine göre belirlenen hızlandırılmış hareketin olduğu yerler olarak adlandırılır.
Bir referans çerçevesi olarak dünya
Örnekleri hemen hemen her yerde bulunabilen eylemsiz bir referans çerçevesi, karmaşık bir hareket yörüngesine sahip cisimler için tipiktir. Dünya, eylemsiz olmayan referans çerçevelerinin hızlandırılmış hareket özelliğini oluşturan Güneş'in etrafında döner. Bununla birlikte, günlük pratikte, Dünya'da karşılaştığımız her şey, Newton'un varsayımlarıyla oldukça tutarlıdır. Mesele şu ki, Dünya ile bağlantılı referans sistemleri için ataletsiz hareket düzeltmeleri çok önemsiz ve bizim için büyük bir rol oynamıyor. Ve aynı nedenle Newton'un denklemleri genel olarak geçerli çıkıyor.
Foucault sarkacı
Ancak, bazı durumlarda, değişiklikler gereklidir. Örneğin, St. Petersburg Katedrali'ndeki dünyaca ünlü Foucault sarkacı sadece doğrusal olarak salınmakla kalmaz, aynı zamanda yavaşça döner. Bu dönüş, Dünya'nın uzaydaki ataletsel olmayan hareketinden kaynaklanmaktadır.
Bu, ilk kez 1851'de Fransız bilim adamı L. Foucault'nun deneylerinden sonra biliniyordu. Deneyin kendisi St. Petersburg'da değil, Paris'te büyük bir salonda gerçekleştirildi. Sarkaç topunun ağırlığı yaklaşık 30 kg ve bağlantı ipinin uzunluğu 67 metre kadardı.
Eylemsiz bir referans çerçevesi için yalnızca Newton'un formüllerinin hareketi açıklamak için yeterli olmadığı durumlarda, bunlara sözde eylemsizlik kuvvetleri eklenir.
Eylemsiz olmayan bir referans çerçevesinin özellikleri
Ataletsel olmayan referans çerçevesi, eylemsiz olana göre çeşitli hareketler gerçekleştirir. İleri hareket, dönüş, karmaşık kombine hareketler olabilir. Literatür ayrıca hızlı hareket eden bir asansör gibi ataletsel olmayan bir referans çerçevesinin basit bir örneğini sağlar. Hızlandırılmış hareketi nedeniyle kendimizi yere bastırılmış gibi hissediyoruz ya da tam tersine ağırlıksızlığa yakın bir his var. Newton'un mekanik yasaları böyle bir olguyu açıklayamaz. Ünlü fizikçiyi takip ederseniz, o zaman her an aynı yerçekimi kuvveti asansördeki bir kişiye etki edecektir, bu da duyumların aynı olması gerektiği anlamına gelir, ancak gerçekte her şey farklıdır. Bu nedenle, Newton yasalarına atalet kuvveti adı verilen ek bir kuvvet eklemek gerekir.
atalet kuvveti
Atalet kuvveti, doğası gereği uzaydaki cisimler arasındaki etkileşimle ilişkili kuvvetlerden farklı olmasına rağmen, gerçek bir etki eden kuvvettir. Teknik yapı ve cihazların geliştirilmesinde dikkate alınır ve çalışmalarında önemli rol oynar. Atalet kuvvetleri, örneğin bir yay dinamometresi kullanılarak çeşitli şekillerde ölçülür. Atalet kuvvetleri dışsal olarak kabul edildiğinden, eylemsiz olmayan referans çerçeveleri kapalı değildir. Eylemsizlik kuvvetleri nesneldir fiziksel faktörler ve gözlemcinin iradesine ve görüşüne bağlı değildir.
Örnekleri fizik ders kitaplarında bulunabilen eylemsiz ve eylemsiz referans sistemleri, eylemsizlik kuvveti, merkezkaç kuvveti, Coriolis kuvveti, bir vücuttan diğerine momentum transferi ve diğerleridir.
asansörde hareket
Ataletsiz referans sistemleri, atalet kuvvetleri kendilerini hızlandırılmış çıkış veya iniş sırasında iyi gösterir. Asansör ivme ile yukarı doğru hareket ederse, ortaya çıkan atalet kuvveti kişiyi zemine bastırma eğilimindedir ve fren yapıldığında vücut tam tersine daha hafif görünmeye başlar. Tezahürler açısından, bu durumda atalet kuvveti yerçekimi kuvvetine benzer, ancak tamamen farklı bir yapıya sahiptir. Yerçekimi, cisimler arasındaki etkileşimle ilişkili olan yerçekimidir.
merkezkaç kuvvetleri
Ataletsel olmayan referans çerçevelerindeki kuvvetler de merkezkaç olabilir. Atalet kuvveti ile aynı nedenle böyle bir kuvvet uygulamak gereklidir. Çarpıcı bir örnek merkezkaç kuvvetlerinin etkisi - karusel üzerinde dönüş. Sandalye kişiyi "yörüngesinde" tutma eğilimindeyken, atalet kuvveti vücudun sandalyenin dış sırtına doğru bastırılmasına neden olur. Bu yüzleşme, merkezkaç kuvveti gibi bir fenomenin görünümünde ifade edilir.
Coriolis kuvveti
Bu kuvvetin etkisi, Dünya'nın dönüşü örneğinde iyi bilinmektedir. Böyle olmadığı için ancak şartlı olarak kuvvet olarak adlandırılabilir. Eyleminin özü, dönüş sırasında (örneğin Dünya), küresel bir cismin her noktasının bir daire içinde hareket etmesi, Dünya'dan ayrılan nesnelerin ideal olarak düz bir çizgide hareket etmesidir (örneğin, serbestçe uçan bir cisim gibi). boşlukta). Enlem çizgisi, dünya yüzeyindeki noktaların dönme yörüngesi olduğundan ve bir halka şeklinde olduğundan, ondan kopan ve başlangıçta bu çizgi boyunca hareket eden, doğrusal olarak hareket eden herhangi bir cisim, giderek daha fazla sapmaya başlar. alt enlemler yönünde.
Başka bir seçenek, vücudun meridyen yönünde fırlatılmasıdır, ancak Dünya'nın dönüşü nedeniyle, dünya gözlemcisinin bakış açısından, vücudun hareketi artık tam olarak meridyen olmayacaktır.
Coriolis kuvveti uygular büyük etki atmosferik süreçlerin gelişimi üzerine. Etkisi altında su, meridyen yönünde akan nehirlerin doğu kıyısına daha güçlü bir şekilde çarpar, onu kademeli olarak aşındırır ve bu da uçurumların görünümüne yol açar. Batıda ise tam tersine yağış birikir, bu nedenle daha yumuşaktır ve seller sırasında genellikle su basar. Doğru, nehrin bir tarafının diğerinden daha yüksek olmasına yol açan tek sebep bu değil, ancak birçok durumda baskın.
Coriolis kuvvetinin deneysel doğrulaması da vardır. Alman fizikçi F. Reich tarafından elde edildi. Deneyde vücutlar 158 m yükseklikten düştü, bu tür toplam 106 deney yapıldı. Düşüş sırasında, cisimler doğrusal bir yörüngeden (dünyevi bir gözlemcinin bakış açısından) yaklaşık 30 mm saptı.
Eylemsiz referans çerçeveleri ve görelilik teorisi
Einstein'ın özel görelilik kuramı eylemsiz referans çerçeveleriyle ilgili olarak yaratıldı. Bu teoriye göre göreceli etkiler, "durağan" gözlemciye göre cismin çok yüksek hızlarında ortaya çıkmalıdır. Özel görelilik kuramının tüm formülleri aynı zamanda düzenli hareket, atalet referans çerçevesinin özelliği. Bu teorinin ilk varsayımı, herhangi bir atalet referans sisteminin eşdeğerliğini ileri sürer, yani özel, seçkin sistemlerin yokluğu varsayılır.
Bununla birlikte, bu, ikiz paradoks gibi fenomenlerin ortaya çıkmasına yol açan göreli etkilerin test edilmesi olasılığını (ve bunların varlığının gerçeğini) sorgulamaktadır. Roket ve Dünya ile ilişkili referans sistemleri temelde eşit olduğundan, "Dünya-roket" çiftindeki zaman genişlemesinin etkileri yalnızca gözlemcinin bulunduğu yere bağlı olacaktır. Yani roketteki bir gözlemci için Dünya'daki zaman daha yavaş, gezegenimizdeki bir insan için ise tam tersine roketteki zaman daha yavaş akmalıdır. Sonuç olarak, Dünya'da kalan ikiz, gelen erkek kardeşini daha genç görecek ve roketin içinde olan, Dünya'da kalandan daha genç görmelidir. Bunun fiziksel olarak imkansız olduğu açıktır.
Bu, göreli etkileri gözlemlemek için bazı özel, seçkin referans çerçevelerine ihtiyaç duyulduğu anlamına gelir. Örneğin, müonlar Dünya'ya göre ışık hızına yakın hareket ederlerse ömürlerinde göreli bir artış gözlemlediğimiz varsayılır. Bu, Dünya'nın (dahası, alternatifsiz), SRT'nin ilk varsayımıyla çelişen bir öncelik, temel referans çerçevesi özelliklerine sahip olması gerektiği anlamına gelir. Öncelik, yalnızca Dünya'nın evrenin merkezi olması durumunda mümkündür, bu yalnızca dünyanın ilkel resmiyle tutarlıdır ve fizikle çelişir.
İkiz paradoksu açıklamanın başarısız bir yolu olarak ataletsel olmayan referans çerçeveleri
"Karasal" referans sisteminin önceliğini açıklama girişimleri eleştiriye dayanmaz. Bazı bilim adamları bu önceliği tam olarak birinin eylemsizlik faktörü ve diğerinin eylemsizlik olmama faktörü ile ilişkilendirir. Aynı zamanda, fizik biliminde resmi olarak eylemsiz olarak kabul edilmesine rağmen, Dünya'daki bir gözlemciyle ilişkilendirilen referans çerçevesi eylemsizlik olarak kabul edilir (Detlaf, Yavorsky, fizik dersi, 2000). Bu ilk. İkincisi, herhangi bir referans sisteminin aynı eşitlik ilkesidir. Yani eğer uzay gemisi Dünya'yı ivme ile terk eder, o zaman gemideki gözlemcinin bakış açısından statiktir ve aksine Dünya artan hızla ondan uzaklaşır.
Dünyanın kendisinin özel bir referans çerçevesi olduğu veya gözlemlenen etkilerin farklı (rölativistik olmayan) bir açıklaması olduğu ortaya çıktı. Süreçler, deneyleri kurmanın veya yorumlamanın özellikleriyle veya gözlemlenen fenomenin diğer fiziksel mekanizmalarıyla ilgili olabilir.
Çözüm
Böylece, ataletsel olmayan referans çerçeveleri, Newton mekaniği yasalarında kendilerine yer bulamayan kuvvetlerin ortaya çıkmasına yol açar. Eylemsiz olmayan sistemler için hesaplama yapılırken, teknik ürünlerin geliştirilmesi dahil olmak üzere bu kuvvetler dikkate alınmalıdır.