Реши задание на изображении
Краткий ответ:
- а) В системе отсчёта, связанной с землёй, закон инерции выполняется.
- б) В системе отсчёта, связанной с тормозящим поездом, закон инерции не выполняется.
- Землю в данном случае можно считать инерциальной системой отсчёта, а поезд во время торможения — нельзя.
Разбор принципа
Что такое закон инерции? По первому закону Ньютона, тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют другие тела (или их действие скомпенсировано). Этот закон справедлив только в инерциальных системах отсчёта.
Смотрим с Земли (пункт «а»). Относительно земли автомобиль изначально движется вместе с поездом с постоянной скоростью. Когда поезд начинает тормозить, на автомобиль по горизонтали не действуют никакие реальные силы (он «легкоподвижный», трением качения пренебрегаем). Поэтому относительно земли он продолжает двигаться с прежней скоростью и прямолинейно. Наблюдатель на земле видит, что автомобиль сохранил скорость именно по инерции. Значит, в этой системе отсчёта закон выполняется, и Землю можно считать инерциальной системой.
Смотрим из поезда (пункт «б»). Поезд при торможении замедляется, то есть движется с ускорением. Это делает его систему отсчёта неинерциальной. Наблюдатель внутри поезда видит, как игрушечный автомобиль сам по себе внезапно покатился вперёд, хотя никакая реальная сила его не толкала. Тело само изменило состояние покоя на движение без внешнего воздействия — это прямое нарушение закона инерции. (С точки зрения физики в неинерциальной системе возникают «фиктивные» силы инерции, которые и «тянут» машину вперёд).
Проверка на бытовом примере Вспомни, как ты едешь в автобусе. Когда он резко тормозит, ты наклоняешься вперёд. С точки зрения земли ты просто продолжаешь двигаться с прежней скоростью по инерции. А с точки зрения автобуса какая-то невидимая сила тянет тебя вперёд. Это наглядно показывает разницу между инерциальной (земля) и неинерциальной (автобус) системами.
Обсуждение
4 сообщенияКороче
а) Да, относительно Земли закон инерции выполняется — Землю можно считать инерциальной системой.
б) Нет, в тормозящем поезде не выполняется: поезд движется с ускорением, поэтому его система отсчёта неинерциальна. Машина «сама» катится вперёд без реальной силы.
Длинне
Ответ
а) В системе отсчёта, связанной с Землёй, закон инерции выполняется. Землю в условиях этой задачи можно считать инерциальной системой отсчёта.
б) В системе отсчёта, связанной с тормозящим поездом, закон инерции не выполняется. Тормозящий поезд движется с ускорением, поэтому его система отсчёта является неинерциальной.
Подробное объяснение
Первый закон Ньютона, или закон инерции, говорит:
тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано.
Этот закон справедлив только в инерциальных системах отсчёта.
Пока поезд едет равномерно и прямолинейно, игрушечный автомобиль покоится относительно поезда. Относительно Земли он вместе с поездом движется равномерно и прямолинейно. Горизонтальные силы на него не действуют, если трением пренебречь.
Начинается торможение. Рассмотрим движение относительно Земли:
- на автомобиль по горизонтали не действует никакая реальная сила;
- поэтому он продолжает двигаться с той же скоростью, что и раньше, то есть сохраняет движение по инерции;
- поезд при этом замедляется, поэтому автомобиль начинает смещаться вперёд относительно вагона.
Это как раз и есть проявление закона инерции. Значит, в системе отсчёта Земли закон выполняется.
Теперь рассмотрим движение относительно поезда:
- поезд при торможении движется с ускорением, направленным назад;
- его система отсчёта уже не является инерциальной;
- наблюдатель внутри вагона видит, что автомобиль, который стоял на месте, вдруг сам поехал вперёд, хотя его никто не толкал.
С точки зрения наблюдателя в поезде тело изменило состояние покоя без внешней силы, то есть закон инерции нарушился. Чтобы пользоваться законами Ньютона в такой системе, приходится вводить фиктивную силу — силу инерции, направленную вперёд при торможении. Но это не реальное взаимодействие, а поправка на неинерциальность системы.
Итог
- Относительно Земли автомобиль продолжает движение по инерции — закон выполняется.
- Относительно тормозящего поезда автомобиль «сам» приходит в движение — закон инерции в обычной формулировке не выполняется.
- Земля — практически инерциальная система отсчёта, а тормозящий поезд — неинерциальная.
