ДИНАМИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ

Лекция 4

Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Движение относительно инерциальных систем отсчета. Законы Ньютона. Принцип относительности Галилея. Преобразование Галилея и Лоренца.

Динамика – раздел механики, изучающий движение материальных тел в пространстве и времени совместно с причинами, вызывающими это движение.

В основе динамики лежат законы И.Ньютона, сформулированные им в 1687 г. на основе экспериментальных данных и теоретических сведений, полученных Ньютоном и другими учеными.

При поступательном движении мерой механического воздействия на тела является сила . Это векторная величина. Сила представляет собой обобщенную замену реальных взаимодействий между телами.

Мерой инертности тела при поступательном движении является масса m тела.

После введения понятий сила и масса, законы Ньютона можно сформулировать так:

Первый закон Ньютона.Если на тело (материальную точку) не действуют ни какие силы или все действующие силы скомпенсированы, то тело будет находиться в состоянии покоя или равномерного, прямолинейного движения.

а = 0, когда F= 0. (4.1)

Второй закон Ньютона.Если силы, действующие на тело, не скомпенсированы, то тело будет двигаться с ускорением , величина которого пропорциональна результирующей силе и обратно пропорционально массе тела m:

.(4.2)

Третий закон Ньютона.Тела взаимодействуют друг с другом силами равными по величине и противоположными по направлению.

F₁₂ = -F₂₁, (4.3)

Первые два закона движения выполняются только тогда, когда наблюдение ведется в системах отсчета, движущихся без ускорения. Такие системы отсчета называются инерциальными.Например, если тело в одной системе отсчета движется с постоянной скоростью и имеется система отсчета, которая движется с ускорением относительно нее то, очевидно, что тело будет двигаться относительно этой системы отсчета с ускорением.

Примером может служить система отсчета, неподвижно связанная с самолетом, который быстро набирает скорость при взлете. Благодаря ускорению, вас прижимает назад, к сидению, а сила, действующая со стороны спинки сидения, удерживает вас в состоянии покоя относительно этой системы.

Если бы вы находились в состоянии равномерного движения или покоя относительно системы отсчета, не имеющей ускорения, то для этого не требовалось бы никакой силы. Но если вы хотите находиться в состоянии покоя относительно системы отсчета, движущейся с ускорением, то вы должны прилагать силу или испытывать действие силы со стороны другого тела. Движение (его характер) в системах отсчета, движущихся с ускорением, играет важную роль в физике. Такие системы отсчета называются неинерциальными.Особенно важно понять характер движения тел во вращающейся системе отсчета (практическое применение — центрифуга), хотя бы потому, что мы с вами находимся как раз в такой системе отсчета (на Земле). Если существует хотя бы одна инерциальная система, то таких систем должно быть бесконечное множество, так как любая система, движущаяся с постоянной скоростью относительно инерциальной, тоже является инерциальной. Существует фундаментальный физический принцип, который называется принципом относительности Галилея.