ანტიკური ფილოსოფოსები ცდილობდნენ გაეგოთ მოძრაობის არსი, გამოეჩინათ ვარსკვლავებისა და მზის გავლენა ადამიანზე. გარდა ამისა, ადამიანები ყოველთვის ცდილობდნენ გამოეჩინათ ძალები, რომლებიც მოქმედებენ მატერიალურ წერტილზე მისი მოძრაობის პროცესში, ისევე როგორც დასვენების მომენტში.
არისტოტელე თვლიდა, რომ მოძრაობის არარსებობის შემთხვევაში სხეულზე არ მოქმედებს რაიმე ძალები. შევეცადოთ გავარკვიოთ მითითების რომელ ჩარჩოებს ეწოდება ინერციული, მოვიყვანთ მათ მაგალითებს.
დასვენების მდგომარეობა
ყოველდღიურ ცხოვრებაში ძნელია ასეთი მდგომარეობის გამოვლენა. მექანიკური მოძრაობის თითქმის ყველა სახეობაში, ვარაუდობენ ზედმეტი ძალების არსებობას. მიზეზი არის ხახუნის ძალა, რომელიც ბევრ ობიექტს არ აძლევს საშუალებას დატოვოს თავდაპირველი პოზიცია, დატოვოს მოსვენების მდგომარეობა.
ინერციული საცნობარო სისტემების მაგალითების გათვალისწინებით, ჩვენ აღვნიშნავთ, რომ ისინი ყველა შეესაბამება ნიუტონის პირველ კანონს. მხოლოდ მისი აღმოჩენის შემდეგ გახდა შესაძლებელი დასვენების მდგომარეობის ახსნა, სხეულზე ამ მდგომარეობაში მოქმედი ძალების მითითება.
ნიუტონის 1 კანონის ფორმულირება
თანამედროვე ინტერპრეტაციაში ის განმარტავს კოორდინატთა სისტემების არსებობას, რომელთა მიმართაც შეიძლება განვიხილოთ მატერიალურ წერტილზე მოქმედი გარე ძალების არარსებობა. ნიუტონის თვალსაზრისით, საცნობარო სისტემებს ინერციული ეწოდება, რაც გვაძლევს საშუალებას განვიხილოთ სხეულის სიჩქარის შენარჩუნება დიდი ხნის განმავლობაში.
განმარტებები
რომელი საცნობარო ჩარჩოებია ინერციული? მათი მაგალითები შესწავლილია სკოლის ფიზიკის კურსზე. ინერციული საცნობარო სისტემებად ითვლება ისეთები, რომელთა მიმართაც მატერიალური წერტილი მოძრაობს მუდმივი სიჩქარით. ნიუტონმა განმარტა, რომ ნებისმიერი სხეული შეიძლება იყოს მსგავს მდგომარეობაში, სანამ არ არის საჭირო მასზე ძალების გამოყენება, რომლებსაც შეუძლიათ ასეთი მდგომარეობის შეცვლა.
სინამდვილეში, ინერციის კანონი ყველა შემთხვევაში არ სრულდება. ინერციული და არაინერციული მითითების მაგალითების გაანალიზებისას, განიხილეთ ადამიანი, რომელიც მოძრავ სატრანსპორტო საშუალებებში მოაჯირებს უჭირავს. როდესაც მანქანა მკვეთრად ამუხრუჭებს, ადამიანი ავტომატურად მოძრაობს მანქანასთან შედარებით, მიუხედავად გარეგანი ძალის არარსებობისა.
გამოდის, რომ ინერციული ათვლის სისტემის ყველა მაგალითი არ შეესაბამება 1 ნიუტონის კანონის ფორმულირებას. ინერციის კანონის გასარკვევად, დაინერგა საცნობარო სისტემების დახვეწილი განმარტება, რომელშიც ის სრულყოფილად სრულდება.
საცნობარო სისტემების ტიპები
რომელ საცნობარო სისტემებს ეწოდება ინერციული? მალე გაირკვევა. „მოეცით ინერციული საცნობარო სისტემების მაგალითები, რომლებშიც დაკმაყოფილებულია 1 ნიუტონის კანონი“-ანალოგიურ დავალებას სთავაზობენ იმ სკოლის მოსწავლეებს, რომლებმაც მეცხრე კლასში გამოცდად ფიზიკა აირჩიეს. ამოცანის შესასრულებლად აუცილებელია წარმოდგენა გქონდეთ ინერციული და არაინერციული მითითების სისტემაზე.
ინერცია გულისხმობს სხეულის მოსვენების ან ერთგვაროვანი სწორხაზოვანი მოძრაობის შენარჩუნებას მანამ, სანამ სხეული იზოლირებულად არის. "იზოლირებული" არის ის სხეულები, რომლებიც არ არის დაკავშირებული, არ ურთიერთქმედებენ, შორდებიან ერთმანეთს.
მოდით განვიხილოთ ინერციული მითითების სისტემის რამდენიმე მაგალითი. თუ ვივარაუდებთ გალაქტიკაში ვარსკვლავის მითითების სისტემას და არა მოძრავ ავტობუსს, ინერციის კანონის განხორციელება ლიანდაგზე მიბმული მგზავრებისთვის უნაკლო იქნება.
დამუხრუჭებისას ეს მანქანა გააგრძელებს ერთნაირად მოძრაობას სწორი ხაზით, სანამ მასზე სხვა ორგანოები არ იმოქმედებენ.
ინერციული მითითების სისტემის რა მაგალითები შეგიძლიათ მოიყვანოთ? მათ არ უნდა ჰქონდეთ კავშირი გაანალიზებულ სხეულთან, გავლენა მოახდინონ მის ინერციაზე.
ასეთი სისტემებისთვის სრულდება ნიუტონის პირველი კანონი. რეალურ ცხოვრებაში ძნელია სხეულის მოძრაობის განხილვა ინერციულ მიმართვის ჩარჩოებთან მიმართებაში. შეუძლებელია შორეულ ვარსკვლავთან მოხვედრა მისგან ხმელეთის ექსპერიმენტების ჩასატარებლად.
დედამიწა მიღებულია როგორც პირობითი საცნობარო სისტემები, მიუხედავად იმისა, რომ იგი ასოცირდება მასზე მოთავსებულ ობიექტებთან.
შეიძლება გამოვთვალოთ აჩქარება ინერციულ საცნობარო სისტემაში, თუ დედამიწის ზედაპირს განვიხილავთ საცნობარო ჩარჩოდ. ფიზიკაში არ არსებობს ნიუტონის 1 კანონის მათემატიკური ჩანაწერი, მაგრამ სწორედ ის არის საფუძველიმრავალი ფიზიკური განმარტებისა და ტერმინის წარმოშობა.
საცნობარო ინერციული ჩარჩოების მაგალითები
სკოლის მოსწავლეებს ზოგჯერ უჭირთ ფიზიკური ფენომენების გაგება. მეცხრეკლასელებს სთავაზობენ შემდეგი შინაარსის დავალებას: „რა საცნობარო ჩარჩოებს უწოდებენ ინერციულს? მიეცით ასეთი სისტემების მაგალითები. დავუშვათ, რომ ბურთიანი ურიკა თავდაპირველად ბრტყელ ზედაპირზე მოძრაობს მუდმივი სიჩქარით. შემდეგ ის მოძრაობს ქვიშის გასწვრივ, რის შედეგადაც ბურთი დგება აჩქარებულ მოძრაობაში, მიუხედავად იმისა, რომ მასზე სხვა ძალები არ მოქმედებს (მათი ჯამური ეფექტი არის ნული).
რას ხდება არსი შეიძლება აიხსნას იმით, რომ ქვიშიან ზედაპირზე გადაადგილებისას სისტემა წყვეტს ინერციას, მას აქვს მუდმივი სიჩქარე. ინერციული და არაინერციული საცნობარო ჩარჩოების მაგალითები მიუთითებს, რომ მათი გადასვლა ხდება დროის გარკვეულ პერიოდში.
როდესაც სხეული აჩქარებს, მის აჩქარებას დადებითი მნიშვნელობა აქვს, ხოლო დამუხრუჭებისას ეს მაჩვენებელი უარყოფითი ხდება.
მრუდეული მოძრაობა
ვარსკვლავებთან და მზესთან შედარებით, დედამიწის მოძრაობა ხორციელდება მრუდი ტრაექტორიის გასწვრივ, რომელსაც აქვს ელიფსის ფორმა. საცნობარო სისტემა, რომელშიც ცენტრი მზესთან არის გასწორებული და ღერძები მიმართულია გარკვეული ვარსკვლავებისკენ, ჩაითვლება ინერციულად.
გაითვალისწინეთ, რომ ნებისმიერი მითითების სისტემა, რომელიც მოძრაობს სწორი ხაზით და თანაბრად ჰელიოცენტრულთან შედარებითსისტემა ინერციულია. მრუდი მოძრაობა ხორციელდება გარკვეული აჩქარებით.
იმის გათვალისწინებით, რომ დედამიწა მოძრაობს თავისი ღერძის გარშემო, საცნობარო სისტემა, რომელიც დაკავშირებულია მის ზედაპირთან, ჰელიოცენტრულთან შედარებით, გარკვეული აჩქარებით მოძრაობს. ასეთ ვითარებაში შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ საანგარიშო სისტემა, რომელიც დაკავშირებულია დედამიწის ზედაპირთან, მოძრაობს აჩქარებით ჰელიოცენტრულთან მიმართებაში, ამიტომ არ შეიძლება ჩაითვალოს ინერციულად. მაგრამ ასეთი სისტემის აჩქარების მნიშვნელობა იმდენად მცირეა, რომ ხშირ შემთხვევაში ის მნიშვნელოვნად მოქმედებს მასთან შედარებით განხილული მექანიკური ფენომენების სპეციფიკაზე.
ტექნიკური ხასიათის პრაქტიკული პრობლემების გადასაჭრელად, ჩვეულებრივ, ინერციულად მიჩნეულია საცნობარო სისტემა, რომელიც მყარად არის დაკავშირებული დედამიწის ზედაპირთან.
გალილეის ფარდობითობა
საცნობარო ყველა ინერციულ სისტემას აქვს მნიშვნელოვანი თვისება, რომელიც აღწერილია ფარდობითობის პრინციპით. მისი არსი მდგომარეობს იმაში, რომ ნებისმიერი მექანიკური ფენომენი ერთსა და იმავე საწყის პირობებში ხორციელდება იმავე გზით, განურჩევლად არჩეული საცნობარო სისტემისა.
ISO-ის ტოლობა ფარდობითობის პრინციპის მიხედვით გამოიხატება შემდეგ დებულებებში:
- ასეთ სისტემებში მექანიკის კანონები იგივეა, ამიტომ მათ მიერ აღწერილი ნებისმიერი განტოლება, გამოხატული კოორდინატებისა და დროის მიხედვით, უცვლელი რჩება.
- მიმდინარე მექანიკური ექსპერიმენტების შედეგები შესაძლებელს ხდის დადგინდეს, იქნება თუ არა საცნობარო სისტემა ისვენებს, თუმართკუთხა ერთგვაროვანი მოძრაობა. ნებისმიერი სისტემა შეიძლება პირობითად იქნას აღიარებული, როგორც სტაციონარული, თუ მეორე ამავე დროს მოძრაობს მასთან შედარებით გარკვეული სიჩქარით.
- მექანიკის განტოლებები უცვლელი რჩება კოორდინატთა გარდაქმნების მიმართ ერთი სისტემიდან მეორეზე გადასვლის შემთხვევაში. თქვენ შეგიძლიათ აღწეროთ ერთი და იგივე ფენომენი სხვადასხვა სისტემაში, მაგრამ მათი ფიზიკური ბუნება არ შეიცვლება.
პრობლემის გადაჭრა
პირველი მაგალითი.
დაადგენს არის თუ არა საცნობარო ინერციული სისტემა: ა) დედამიწის ხელოვნური თანამგზავრი; ბ) ბავშვთა მიმზიდველობა.
პასუხი. პირველ შემთხვევაში საუბარი არ არის ინერციულ საცნობარო სისტემაზე, ვინაიდან თანამგზავრი ორბიტაზე მოძრაობს სიმძიმის ძალის გავლენით, შესაბამისად მოძრაობა ხდება გარკვეული აჩქარებით.
მიზიდულობა ასევე არ შეიძლება ჩაითვალოს ინერციულ სისტემად, რადგან მისი ბრუნვის მოძრაობა ხდება გარკვეული აჩქარებით.
მეორე მაგალითი.
ანგარიშგების სისტემა მყარად არის დაკავშირებული ლიფტთან. რა სიტუაციებში შეიძლება ეწოდოს მას ინერციული? თუ ლიფტი: ა) დაეცემა; ბ) თანაბრად მოძრაობს ზემოთ; გ) სწრაფად ამოდის დ) თანაბრად მიმართული ქვემოთ.
პასუხი. ა) თავისუფალ ვარდნაში ჩნდება აჩქარება, ამიტომ ლიფტთან დაკავშირებული საცნობარო სისტემა არ იქნება ინერციული.
ბ) ლიფტის ერთგვაროვანი მოძრაობით სისტემა ინერციულია.
გ) გარკვეული აჩქარებით მოძრაობისას საცნობარო ჩარჩო ინერციულად ითვლება.
დ) ლიფტი ნელა მოძრაობს, აქვს უარყოფითი აჩქარება, ასე რომ თქვენ არ შეგიძლიათუწოდეთ საცნობარო ჩარჩოს ინერციული.
დასკვნა
მთელი თავისი არსებობის მანძილზე, კაცობრიობა ცდილობდა გაეგო ბუნებაში მომხდარი ფენომენები. მოძრაობის ფარდობითობის ახსნის მცდელობა გალილეო გალილეიმ გააკეთა. ისააკ ნიუტონმა მოახერხა ინერციის კანონის გამოყვანა, რომელიც გამოიყენებოდა მექანიკაში გამოთვლების მთავარ პოსტულატად.
დღესდღეობით სხეულის პოზიციის გამოვლენის სისტემა მოიცავს სხეულს, დროის განმსაზღვრელ მოწყობილობას, ასევე კოორდინატთა სისტემას. იმისდა მიხედვით, სხეული მოძრავია თუ სტაციონარული, შესაძლებელია გარკვეული საგნის პოზიციის დახასიათება დროის სასურველ პერიოდში.
