Силы инерции. Представим некоторый горизонтально движущийся вагон (рис

Представим некоторый горизонтально движущийся вагон (рис. 7).

Допустим, что в какой-то момент вагон получает ускорение (для простоты, так как это не имеет принципиального значения, примем, что вектор ускорения направлен так же, как вектор скорости ). В тот же момент все тела в вагоне получают ускорение , равное по модулю ускорению , но противоположно направленное.

Согласно второму закону Ньютона ускорение тел вызывается действием на них некоторых сил. Все тела в вагоне получили ускорение. Следовательно, на них в неинерциальной системе тоже действуют силы, но какой-то особой природы. Эти силы называют силами инерции ( _ин).

Рис. 7. Иллюстрация действия сил инерции

Силы инерции отличаются от сил вызванных взаимодействием тел. Во-первых, силы инерции действуют только в неинерциальных системах отсчета. Во-вторых, для любых тел, находящихся в неинерциальной системе отсчета, силы инерции являются внешними. В-третьих, существование сил инерции не вызвано взаимодействием тел, но обусловлено ускоренным движением самой системы отсчета и, следовательно, к этим силам не применим третий закон Ньютона.

Однако результаты воздействия на тело сил, вызванных взаимодействием с другими телами (например, гравитационным) и сил инерции очень похожи. Так и силы инерции, и силы гравитации пропорциональны массе тела. Поэтому в поле сил инерции, как и в поле сил тяготения, все тела имеют одинаковое ускорение (рис.8) и распознать действуют ли на тело силы гравитации, или действуют силы инерции, или и те, и другие одновременно, невозможно.

Рис.8. Иллюстрация принципа эквивалентности.

F ₁₁> F ₁₂> F ₁₃, F ₂₁> F ₂₂> F ₃₂, m ₁> m ₂> m ₃;

ускорения а ₁₁, а ₁₂, а ₁₃ обусловлены ускоренным движением системы К,

, ускорения а ₂₁, а ₂₂, а ₂₃ обусловлены притяжением Земли и

Масса слона на много порядков превышает массу пушинки , но они будут получать одинаковое ускорение (при отсутствии сопротивления воздуха и т.п.) и в поле сил инерции, и в поле сил гравитации.

Следует отметить, что одинаковость (эквивалентность) поведения тел в гравитационном поле и в неинерциальной системе отсчета соблюдается лишь с той точностью, с какой гравитационное поле можно считать однородным, а ускорение – постоянным.

В этом случае верен принцип эквивалентности: явления в инерциальной системе, находящейся в однородном поле тяжести, и в неинерциальной системе, движущейся с постоянным по численному значению и направлению ускорением, (однородном поле сил инерции) происходят совершенно одинаково.

Этот эффект субъективно ощущается на быстровращающейся карусели, в начале движения или при торможении лифта (особенно скоростного). Он может быть использован для создания искусственной тяжести на орбитальных станциях (см. п.8).

8. Кто побывал в состоянии невесомости?

Как подавляющее большинство людей отвечает на вынесенный в заголовок вопрос? Очень просто: «Мы ж не космонавты».

Но оказывается, чтобы испытать это состояние совсем не обязательно лететь в космос. Такие понятия, как перегрузка-недогрузка, невесомость, искусственная тяжесть тесно связаны с теми явлениями, которые рассматривались в п. 7, т.е. явлениями, происходящими в неинерциальных системах отсчета.

Дата добавления: 2014-12-27