Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона

Вы наверняка помните, что движение любого тела относительно. То есть нельзя сказать, имеет ли тело ускорение, если не указать, в какой системе отсчета рассматривается его движение. Например, в системе отсчета, связанной с Землей, тележка, изображенная на рис. 65, покоилась до того момента, как мы начали на нее действовать. Следовательно, в отсутствие действия на тележку ее ускорение относительно Земли было равно нулю. Но если посмотреть на эту же тележку из системы отсчета, связанной с разгоняющимся автомобилем (рис.

Действие одного тела на другое. Закон инерции

Представим себе, что на горизонтальной дороге стоит тележка с песком (рис. 65, а). Если мы начнем ее толкать, то тележка начнет двигаться относительно Земли (рис. 65, б). Ее скорость будет изменяться – у тележки появится ускорение в системе отсчета, связанной с Землей. В этом случае принято говорить, что на тележку подействовали, т. е. тележка испытала механическое действие со стороны другого тела.

Воздействие на тело

Динамика

В предыдущей главе мы научились описывать прямолинейное движение точечного тела. При этом мы не интересовались, почему в одних случаях тела движутся равномерно, а в других – с ускорением. Теперь нам предстоит выяснить, в каких случаях характер движения тела будет оставаться неизменным, а в каких он будет изменяться. Кроме того, необходимо выяснить, от чего зависят эти изменения. Ответы на эти вопросы и составляют содержание следующего раздела механики, который называют динамикой.

Свободное падение тел

Падение тел – один из самых часто наблюдаемых видов движения. Изучать падение тел люди начали очень давно. Роняя на землю различные предметы, они установили, что отпущенные без начальной скорости предметы падают вертикально вниз. (Напомним, что вертикалью называют линию отвеса, неподвижного относительно Земли.)

На основании этого был сделан вывод: такое движение является прямолинейным. Сложнее было установить закон движения падающего тела.

Задачи «разгон» и «торможение»

При кажущемся изобилии задач на прямолинейное равноускоренное движение все они могут быть сведены к задачам двух типов. Для этого необходимо выбрать ось X таким образом, чтобы ее положительное направление совпадало с направлением движения тела. В этом случае все задачи сводятся либо к задаче «разгон» (если a > 0), либо к задаче «торможение» (если a

Задача «Разгон»

Гоночный автомобиль трогается с места, набирая скорость 30 м/с (108 км/ч) за время t = 6 с. Определите пройденный автомобилем за это время путь, считая движение автомобиля равноускоренным.

Путь при прямолинейном равноускоренном движении в одном направлении

Изучение прямолинейного равноускоренного движения мы начнем со случая, когда тело движется все время в положительном направлении оси X. Нам известно, что при этом путь s, модуль перемещения тела |Δx| и изменение его координаты Δx = xк - x0 равны между собой. Итак, пусть тело (например, автомобиль) движется прямолинейно с постоянным ускорением a в положительном направлении оси X так, как показано на рис. 57. В начальный момент t = 0 автомобиль имел значение скорости v0. Тогда значение его скорости v в любой последующий момент времени t равно

Скорость при прямолинейном равноускоренном движении

При движении реального тела, например едущего из Москвы в Санкт-Петербург автомобиля, его ускорение может все время изменяться. При этом зависимость ускорения автомобиля от времени может быть достаточно сложной. Мы начнем изучение ускоренного движения с самого простого его вида – прямолинейного равноускоренного движения.

Прямолинейное движение тела называют равноускоренным, если в процессе движения значение ускорения остается постоянным, т. е. не изменяется с течением времени.

Ускорение

Мы выяснили, что движущийся по дороге автомобиль практически все время изменяет свою скорость. Так, если во время движения водитель нажимает на педаль тормоза, скорость автомобиля уменьшается. Если водитель нажимает на педаль газа, скорость автомобиля, наоборот, возрастает. При этом под словом «скорость» мы подразумеваем, как это было отмечено в предыдущем параграфе, мгновенную скорость.

Мгновенная скорость

Рассмотрим автомобиль, движущийся прямолинейно и неравномерно (например, из Москвы в Санкт-Петербург, как на рис. 50). Понятно, что значения средней скорости этого автомобиля за различные промежутки времени при неравномерном движении могут меняться. Можно ли в этом случае ответить на вопрос: чему равна скорость автомобиля в какой-то конкретный момент времени? И существует ли вообще такая физическая величина? Ведь в определение средней скорости входит понятие определенного промежутка времени. А если этот промежуток времени будет равен нулю, то и перемещение тела, очевидно, будет равно нулю.

Прямолинейное неравномерное движение. Средняя скорость

Как вы понимаете, в жизни практически невозможно встретить тело, движущееся точно равномерно. Поэтому мы с вами переходим к изучению более сложных видов движения. Рассмотрим простой пример. Пусть автомобиль, который едет из Москвы в Санкт-Петербург по прямой, за 10 ч проезжает 600 км (рис. 50). Будем считать автомобиль точечным телом, так как его размеры по сравнению с пройденным расстоянием пренебрежимо малы. Понятно, что за время своего движения автомобиль многократно разгонялся и тормозил и даже стоял перед светофорами. В результате движение автомобиля было неравномерным.

Pages