אם גוף נמצא במנוחה ביחס לכדור הארץ, אז הוא ישמור על מצבו ללא הגבלת זמן, עד שגופים אחרים, הפועלים עליו, יוציאו את הגוף המדובר ממצב זה.
ידוע שאם גוף זז ביחס לכדור הארץ, אז שינוי במהירות שלו לא יכול להתרחש מעצמו. שינוי בגודל ובכיוון של מהירות הגוף ביחס לכדור הארץ מתרחש כאשר הגוף מושפע מגופים אחרים. נשאלת השאלה: על מנת שלגוף תהיה מהירות קבועה ביחס לכדור הארץ, האם יש צורך שהגוף המדובר יושפע מגופים אחרים?
במשך זמן רב, החל מהמאה הרביעית לפני הספירה, הדעה הרווחת הייתה זו שניסח אריסטו. הוא האמין שכדי שגוף יזוז (כולל במהירות קבועה), יש צורך בפעולה עליו מגופים אחרים. לכן, כדי שמכונית תזוז, המנוע חייב להיות פועל תמיד. המנוע הפסיק לעבוד והמכונית נעצרה. בעקבות אריסטו, צריך לומר שהגורם לתנועה הוא הפעולה על הגוף המדובר מגופים אחרים. לאריסטו הייתה סמכות רבה מאוד, יצירותיו כוללות יצירות על פילוסופיה, מדעי הטבע, היסטוריה ופסיכולוגיה וכו'. אריסטו היה המורה של א' מקדוניה, שהיה לו כבוד רב למורו. סמכותו של אריסטו הייתה כה גבוהה עד שההסבר שלו על הסיבות לתנועה שלט במדעי הטבע האירופי במשך יותר מאלפיים שנה.
חוק האינרציה?
ראוי לציין כי "פיזיקאים" סינים ניסחו את חוק האינרציה בשברים בין 450 ל-250 לפני הספירה. בעבודתו של הפילוסוף מו טסו נכתב בערך כך: אם אין כוח מתנגד, אזי תנועת הגוף לעולם לא תיפסק. הסינים ניסחו את הרעיון של תנועה פשוטה על ידי אינרציה באופן הבא: אם יש עמוד תומך, אז התנועה לא תיעצר. זה ישווה לחציית גשר תלוי. בתרגום לשפה מודרנית, המשמעות היא: אם פועלים על גוף נע בכוח המכוון בזווית לכיוון התנועה, הגוף ינוע לאורך נתיב מעוקל.
באירופה, מושג האינרציה נוסח על ידי ג' גלילאו באמצע המאה השבע-עשרה, לאחר שערך סדרה של ניסויים ידועים בכדורים. ג' גלילאו היה מהראשונים שהגיעו להסבר על הסיבות לתנועה אחידה ומואצת של גופים וחקר תנועה על ידי אינרציה. עם זאת, רעיונותיו של גלילאו לא היו נכונים לחלוטין, שכן הוא טען שגוף שאינו מופעל על ידי כוחות נע בצורה אחידה במעגל. המדען יצר רעיונות כאלה לאחר חקר התנועה של גרמי השמיים. כי הוא האמין שגופים שמימיים נעים מעצמם.
נכון יהיה לומר שהראשון שניסח את חוק האינרציה היה הפילוסוף והמתמטיקאי הצרפתי ר' דקארט. הוא כתב שכל גוף נשאר במצב אחד עד שהוא פוגש גוף אחר. ובחוק אחר שלו, דקארט אומר שכל חלקיק נוטה לנוע אך ורק בקו ישר. עם זאת, דקארט נתן את הניסוחים של חוקיו מבלי לדעת על כוחות הכבידה ולא מתוך השראה מאשר בהתבסס על עובדות, לכן הם מאמינים שחוק האינרציה שאנו מכירים נוסח על ידי I. ניוטון:
כל גוף נמצא במנוחה או נע באופן אחיד ומיושר, ביחס לכל מסגרת ייחוס אינרציאלית, עד לרגע שבו פעולתם של גופים אחרים עליו מאלצת אותו לשנות את מצבו.
מהי אינרציה מי גילה את התופעה הזו? ..
אינרציה (מלטינית אינרציה - חוסר פעילות, אינרציה) היא תכונתם של גופים להישאר במנוחה או תנועה ליניארית אחידה אם השפעות חיצוניות עליו נעדרות או מתוגמלות הדדית.
מדענים יווניים עתיקים, אם לשפוט לפי העבודות שהגיעו אלינו, חשבו על הסיבות לביצוע והפסקת התנועה. אריסטו ב"פיזיקה" מדבר על תנועה בריק; הטעות הייתה הניסיון ליצור קשר בין כוח למהירות עצמה.
גלילאו גליליי (1564-1642) הצליח לתקן טעות זו על ידי הוכחת הקשר בין כוח לשינוי במהירות (האצה). גילוי זה של גלילאו נכנס למדע כחוק האינרציה.
בצורתו המודרנית, חוק האינרציה נוסח על ידי דקארט.
נוסח החוק המודרני:
ישנן מערכות התייחסות שביחס אליהן נקודה חומרית, בהיעדר השפעות חיצוניות (או בפיצוי ההדדי שלהן), שומרת על מצב של מנוחה או תנועה ישרה אחידה.
חוק האינרציה
ניסוח חוק האינרציה
כל גוף נמצא במנוחה או נע באופן אחיד ומיושר עד לרגע שבו פעולתם של גופים אחרים עליו מאלצת אותו לשנות את מצבו. החוק הזה נקרא החוק הראשון של ניוטון. אבל, מכיוון שהיכולת של גוף לשמור על מצב מנוחה או תנועה ליניארית אחידה נקראת אינרציה, חוק זה נקרא לרוב חוק האינרציה. התכונה של גוף לשמור על מהירותו מבלי להשתנות אם גופים אחרים אינם פועלים עליו נקראת אינרציה. אינרציה - מחוסר פעילות לטינית, אינרציה.
חוק האינרציה היה הצעד הראשון בביסוס חוקי היסוד של המכניקה הקלאסית.
חוק האינרציה הוא חוק חשוב ועצמאי. זה משקף את היכולת לקבוע את התאמתה של מערכת ייחוס להתחשבות בתנועה במובן דינמי וקינמטי. ללא קריטריון זה, לא יהיה ברור כיצד לסנכרן שעונים ולהזין זמן אחיד. ללא חוק האינרציה, כל משוואות הקינמטיקה והדינמיקה היו הופכות לחסרות משמעות. לפיכך, אי אפשר לדבר על תנועה אחידה אם לא ניתן לסנכרן את השעונים. חוק האינרציה נותן משמעות פיזיקלית לחוק השני והשלישי של ניוטון.
מערכות ייחוס אינרציאליות
תנועה במכניקה היא יחסית, כלומר, טבעה תלוי במסגרת ההתייחסות. חוק האינרציה אינו תקף לכל מסגרת התייחסות. מערכות הייחוס שביחס אליהן מתקיים חוק האינרציה נקראות אינרציה. מערכת ייחוס נקראת אינרציאלית אם היא במצב של מנוחה או תנועה אחידה וליניארית ביחס למערכת ייחוס אינרציאלית אחרת. מסתבר שיש אין סוף מערכות אינרציאליות. חוק האינרציה קובע כי קיימות מסגרות ייחוס אינרציאליות. במסגרת ייחוס לא אינרציאלית, לגוף יכולה להיות תאוצה אם לא פועלים עליו גופים אחרים.
הוכח בניסוי שמערכת ההתייחסות ההליוצנטרית, עם מקור הקואורדינטות במרכז השמש, עם צירים נמשכים לכיוון הכוכבים, יכולה להיחשב כמערכת ייחוס אינרציאלית. לעתים קרובות אומרים שמסגרת הייחוס הקשורה לכדור הארץ היא אינרציאלית, אבל למהדרין, זה לא כך, מכיוון שכדור הארץ מסתובב סביב הציר שלו ומסביב לשמש. עם זאת, כאשר פותרים בעיות רבות במכניקה הקלאסית, ניתן להזניח את ההשפעות של אי-אינרציאליות של מערכת התייחסות כזו.
משקל גוף, כוח
המאפיין העיקרי של החומר, הקובע את תכונות האינרציה שלו, הוא מסת הגוף. המסה מחולקת לפעמים לאינרציה וכבידה. כעת הוכח שסוגי מסה אלו שווים זה לזה בדיוק של סדר גודל אחד בערך.
כדי לתאר את מידת ההשפעה המכנית על גוף מגופים אחרים (שדות), המוזכרת בחוק האינרציה, משתמשים במושג כוח. כאשר כוח פועל על גוף, הוא משנה את מהירות התנועה שלו, אז מדברים על ביטוי דינמי של כוח, או שהוא מעוות, אז הם מתכוונים לביטוי סטטי של כוח. כוח הוא גודל וקטור ונקבע לפי גודל וכיוון.
דוגמאות לפתרון בעיות
2) אם מכונית נעה לאורך נתיב מעוקל, אזי מערכת הייחוס הקשורה אליה לא יכולה להיחשב אינרציאלית.
3) אם המכונית נעה במהירות קבועה ביחס לכדור הארץ (שניתן לקחת אותה כמסגרת ייחוס אינרציאלית במקרה זה), אז המכונית תהיה גם מסגרת ייחוס אינרציאלית.
כתוצאה מתופעת האינרציה, הכדור יחרוג מהאנך במרחק(ים) השווה ל:
היכן ההבדל במהירות, תנועת הנקודות על פני כדור הארץ ותחתית המכרה; זה הזמן שהגוף מבלה בנפילה. ניתן למצוא באמצעות הרעיון של תקופת המהפכה של כדור הארץ סביב צירו (T):
כאשר R - רדיוס כדור הארץ לאורך קו המשווה.
בנפילה חופשית אנכית תחת השפעת כוח המשיכה של כדור הארץ יש לנו:
אז הזמן שלוקח לגוף ליפול לתחתית הפיר הוא:
במקרה זה, הסטייה הנדרשת מהאנך תהיה:
פיזיקאים גדולים
תפריט ראשי
אייזק ניוטון נקרא אחד מיוצרי הפיזיקה הקלאסית. תגליותיו מסבירות תופעות רבות, שאת סיבתן איש לא הצליח להתיר לפניו.
עקרונות המכניקה הקלאסית נוצרו במשך תקופה ארוכה של זמן. במשך מאות שנים, מדענים ניסו ליצור חוקי תנועה של גופים חומריים. ורק ניוטון סיכם את כל הידע שנצבר עד אז על תנועתם של גופים פיזיקליים מנקודת המבט של המכניקה הקלאסית. בשנת 1867 פרסם את העבודה "עקרונות מתמטיים של הפילוסופיה הטבעית". בעבודה זו, ניוטון ביסס את כל הידע על תנועה וכוח שהוכן לפניו על ידי גלילאו, הוגנס ומדענים אחרים, כמו גם את הידע המוכר לעצמו. בהתבסס על כל הידע הזה, הם גילו את חוקי המכניקה הידועים ואת חוק הכבידה האוניברסלית. חוקים אלו קובעים קשרים כמותיים בין אופי תנועתם של גופים לבין הכוחות הפועלים עליהם.
חוק הכבידה
יש אגדה לפיה ניוטון התבקש לגלות את חוק הכבידה על ידי התבוננות בתפוח נופל מעץ. לפחות, ויליאם סטוקלי, הביוגרף של ניוטון, מזכיר זאת. הם אומרים שגם בצעירותו, ניוטון תהה מדוע תפוח נופל למטה ולא הצידה. אבל הוא הצליח לפתור את הבעיה הזו הרבה יותר מאוחר. ניוטון קבע שתנועת כל העצמים מצייתת לחוק הכללי של הכבידה האוניברסלית, הפועלת בין כל הגופים.
"כל הגופים מושכים זה את זה בכוח פרופורציונלי ישירות למסה שלהם ובפרופורציה הפוך לריבוע המרחק ביניהם."
התפוח נופל ארצה בהשפעת הכוח שבו מפעיל כדור הארץ את משיכת הכבידה שלו עליו. ואיזו תאוצה הוא מקבל, הסביר ניוטון בעזרת שלושת החוקים שלו.
החוק הראשון של ניוטון
ניוטון הגדול עצמו ניסח את החוק הזה באופן הבא: "כל גוף ממשיך להישמר במצב של מנוחה או תנועה אחידה ומיושרת עד וללא אם הוא נאלץ על ידי כוחות מופעלים לשנות מצב זה."
כלומר, אם הגוף חסר תנועה, אז הוא יישאר במצב זה עד שיתחיל לפעול עליו כוח חיצוני כלשהו. ובהתאם לכך, אם גוף נע בצורה אחידה וישרה, אז הוא ימשיך בתנועתו עד שתתחיל השפעתו של כוח חיצוני.
החוק הראשון של ניוטון נקרא גם חוק האינרציה. אינרציה היא שימור המהירות על ידי גוף כאשר לא פועלים עליו כוחות.
החוק השני של ניוטון
אם החוק הראשון של ניוטון מתאר כיצד גוף מתנהג אם לא פועל עליו כוח, אז החוק השני עוזר להבין מה קורה לגוף כאשר כוח מתחיל לפעול.
גודל הכוח הפועל על גוף שווה למכפלת מסת הגוף והתאוצה שהגוף מקבל כאשר הכוח מתחיל לפעול עליו.
בצורה מתמטית, החוק הזה נראה כך:
איפה ו- כוח הפועל על הגוף;
א- התאוצה שגוף מקבל בהשפעת כוח מופעל.
ממשוואה זו ברור שככל שגודל הכוח הפועל על הגוף גדול יותר, כך הוא יקבל תאוצה גדולה יותר. וככל שהמסה של הגוף שעליה פועל כוח זה גדולה יותר, כך הגוף יאיץ פחות את תנועתו.
החוק השלישי של ניוטון
החוק קובע שאם גוף A פועל על גוף B בכוח מסוים, אז גוף B פועל באותו כוח על גוף A. במילים אחרות כוח הפעולה שווה לכוח התגובה.
לדוגמה, כדור תותח שנורה מתותח פועל על התותח בכוח השווה לכוח שבו התותח דוחף את הכדור החוצה. כתוצאה מכוח זה, לאחר ירי האקדח מתגלגל לאחור.
מחוקי התנועה הכלליים שלו, ניוטון שאב השלכות רבות שהפכו את המכניקה התיאורטית לכמעט מושלמת. חוק הכבידה האוניברסלית שגילה חיבר את כל כוכבי הלכת שנמצאים במרחק רב זה מזה למערכת אחת והניח את היסוד למכניקה השמימית, החוקרת את תנועת כוכבי הלכת.
הרבה זמן עבר מאז שניוטון יצר את חוקיו. אבל כל החוקים האלה עדיין רלוונטיים.
קינמטיקה
החוק הראשון של הדינמיקה(או חוק האינרציה) מכל מגוון מערכות ההתייחסות מבדיל סוג של מה שנקרא מערכות אינרציאליות.ישנן מערכות התייחסות כאלה שביחס אליהן גופים מבודדים הנעים בתנועה שומרים על מהירותם ללא שינוי בגודל ובכיוון. תכונתם של גופים לשמור על מהירותם בהיעדר פעולה של גופים אחרים עליו נקראת אִינֶרצִיָה. לכן, החוק הראשון של הדינמיקה נקרא חוק האינרציה. חוק האינרציה נוסח לראשונה על ידי גלילאו גליליי (1632). במכניקה הקלאסית, חוקי האינטראקציה של גופים מנוסחים עבור מחלקה של מערכות ייחוס אינרציאליות. כאשר מתארים את תנועתם של גופים בקרבת פני כדור הארץ, מערכות ייחוס הקשורות לכדור הארץ יכולות להיחשב כאינרציאליות. אולם ככל שהדיוק של הניסויים עולה, מתגלות סטיות מחוק האינרציה עקב סיבוב כדור הארץ סביב צירו. דוגמה לניסוי מכני עדין שבו באה לידי ביטוי חוסר האינרציה של מערכת הקשורה לכדור הארץ היא ההתנהגות מטוטלת פוקו.
איור 1. סיבוב של מישור התנופה של מטוטלת פוקו.
עם רמה גבוהה של דיוק, האינרציה היא מסגרת התייחסות הליוצנטרית(או המערכת הקופרניקאית), שתחילתה ממוקמת במרכז השמש, והצירים מכוונים לכוכבים רחוקים. מערכת זו שופרה על ידי יוהנס קפלר, שגילה כי גופים במערכת השמש נעים לאורך חתכים חרוטיים (אליפסות, פרבולות והיפרבולות). רוברט הוק גילה מאוחר יותר את החוק כוח הכבידה האוניברסלי(1667). יש מספר אינסופי של מערכות אינרציאליות. מערכת הייחוס הקשורה לרכבת הנעה במהירות קבועה לאורך קטע מסילה ישר היא גם מערכת אינרציאלית (בערך), כמו המערכת הקשורה לכדור הארץ. כל מסגרות ההתייחסות האינרציאליות יוצרות מחלקה של מערכות הנעות זו ביחס לזו באופן אחיד וישיר. התאוצות של כל גוף במערכות אינרציאליות שונות זהות. אז הסיבה לשינוי במהירות התנועה של גוף במסגרת אינרציאלית היא תמיד האינטראקציה שלו עם גופים אחרים. כדי לתאר באופן כמותי את תנועת הגוף בהשפעת גופים אחרים, יש צורך להציג שני גדלים פיזיים חדשים - האינרציה משקל גוף וחוזק.
החוק הראשון של הדינמיקה הוא חוק האינרציה של גלילאו
כאשר גוף נע לאורך מסלול, מהירותו יכולה להשתנות בגודל ובכיוון. זה אומר שהגוף נע בתאוצה מסוימת. IN קינמטיקההשאלה לגבי הסיבה הפיזית שגרמה להאצת תנועת הגוף אינה מועלית. כפי שמראה הניסיון, כל שינוי במהירות של גוף מתרחש בהשפעת גופים אחרים.
דִינָמִיקָהמחשיב את פעולתם של גופים מסוימים על אחרים כגורם הקובע את אופי תנועתם של גופים. האינטראקציה של גופים נקראת בדרך כלל השפעה הדדית של גופים על התנועה של כל אחד מהם.
ענף המכניקה החוקר את חוקי האינטראקציה בין גופים נקרא דינמיקה.חוקי הדינמיקה התגלו על ידי המדענים הגדולים גלילאו גליליי (החוק הראשון של הדינמיקה, חוק האינרציה, ב-1632), רנה דקארט (החוק השני - מנוסח בקפדנות בפרנסיפיה שלו, 1644) וכריסטיאן הויגנס (החוק השלישי). בשנת 1669). שלושת חוקי הדינמיקה שנוסחו על ידי הקלאסיקות הללו מהווים את הבסיס למכניקה הקלאסית. יש להתייחס לחוקי הדינמיקה כהכללה של עובדות ניסיוניות. המסקנות של המכניקה הקלאסית תקפות רק כאשר גופים נעים במהירויות נמוכות, פחות משמעותית ממהירות האור c. המערכת המכנית הפשוטה ביותר היא גוף מבודד, שאינה מופעלת על ידי אף גוף. מכיוון שתנועה ומנוחה הן יחסיות, במערכות ייחוס שונות תנועתו של גוף מבודד תהיה שונה. במסגרת ייחוס אחת, גוף יכול להיות במנוחה או לנוע במהירות קבועה; במסגרת אחרת, אותו גוף יכול לנוע בתאוצה.
זהו שמו של כדור מסיבי התלוי על חוט ארוך למדי ומבצע תנודות קטנות סביב מיקום שיווי המשקל. אם המערכת הקשורה לכדור הארץ הייתה אינרציאלית, מישור התנופה של מטוטלת פוקו היה נשאר ללא שינוי ביחס לכדור הארץ. למעשה, מישור הנדנוד של המטוטלת מסתובב עקב סיבוב כדור הארץ, ולהקרנת מסלול המטוטלת על פני כדור הארץ יש צורה של רוזטה (איור 1).
מִשׁקָלהיא תכונה של גוף המאפיינת את האינרציה שלו. תחת אותה השפעה של גופים שמסביב, גוף אחד יכול לשנות במהירות את מהירותו, בעוד שאחר, באותם תנאים, יכול להשתנות הרבה יותר לאט. נהוג לומר שלגוף השני מבין שני הגופים הללו יש אינרציה גדולה יותר, או במילים אחרות, לגוף השני יש מסה גדולה יותר. אם שני גופים מקיימים אינטראקציה זה עם זה, אז כתוצאה מכך המהירות של שני הגופים משתנה, כלומר, בתהליך האינטראקציה שני הגופים רוכשים תאוצה. היחס בין התאוצות של שני הגופים הללו מתברר כקבוע בכל השפעה. בפיזיקה, מקובל שהמסות של גופים המקיימים אינטראקציה עומדות ביחס הפוך לתאוצות:
כל גוף שומר על מצב של מנוחה או תנועה ליניארית אחידה עד שהוא נאלץ לשנות אותו בהשפעת כוחות מסוימים.
IIחוֹק. החוק הזה הוא בצדק הליבה של המכניקה. זה מתייחס לשינוי במומנטום הגוף (כמות התנועה) עם הכוח שפועל עליו, כלומר השינוי בתנע של גוף ליחידת זמן שווה לכוח הפועל עליו ומתרחש בכיוון פעולתו. מכיוון שבמכניקה הניוטונית המסה אינה תלויה במהירות (בפיזיקה המודרנית, כפי שנראה בהמשך, זה לא המקרה), אז
, כאשר a היא תאוצת התגובה, שווה בגודלה ומנוגדת בכיוון. מסה בביטוי זה מופיעה כ מדד של אינרציה
. קל לראות שעם כוח השפעה קבוע, התאוצה שניתן להקנות לגוף קטנה יותר, ככל שהמסה שלו גדולה יותר.
החוק השלישי משקף את העובדה שפעולת הגופים היא תמיד בטבע של אינטראקציה, ושכוחות הפעולה והתגובה שווים בגודלם ומנוגדים בכיוון.
החוק הרביעי שניסח ניוטון הוא חוק הכבידה האוניברסלית.
ניתן לבנות את השרשרת הלוגית של גילוי זה באופן הבא. בהרהר על תנועת הירח, ניוטון הגיע למסקנה שהוא מוחזק במסלול על ידי אותו כוח שבהשפעתו אבן נופלת לקרקע, כלומר. על ידי כוח הכבידה: "הירח נמשך לכיוון כדור הארץ ובכוח הכבידה הוא סוטה כל הזמן מתנועתו הליניארית ונשמר במסלולו." באמצעות הנוסחה העכשווית של הויגנס להאצה צנטריפטית ונתונים אסטרונומיים, הוא מצא שהתאוצה הצנטריפטית של הירח קטנה פי 3600 מההאצה של אבן הנופלת לכדור הארץ. מכיוון שהמרחק ממרכז כדור הארץ למרכז הירח הוא פי 60 מרדיוס כדור הארץ, ניתן להניח כי כוח הכבידה יורד ביחס לריבוע המרחק. לאחר מכן, בהתבסס על חוקי קפלר המתארים את תנועת כוכבי הלכת, ניוטון הרחיב את המסקנה הזו לכל כוכבי הלכת. ( "הכוחות שבאמצעותם כוכבי הלכת העיקריים סוטים מתנועת ישר ומוחזקים במסלוליהם מופנים לכיוון השמש והם ביחס הפוך לריבועי המרחקים למרכזה.»).
לבסוף, לאחר שהביע את העמדה לגבי הטבע האוניברסלי של כוחות הכבידה ואופיים הזהה על כל כוכבי הלכת, והראה ש"משקל הגוף על כל כוכב לכת פרופורציונלי למסה של כוכב הלכת הזה", לאחר שקבע בניסוי את המידתיות של המסה של גוף ומשקלו (כוח הכבידה), ניוטון מסיק זאת כוח הכבידה בין גופים הוא פרופורציונלי למסה של גופים אלה. כך נקבע חוק הכבידה האוניברסלי המפורסם, שכתוב בצורה:
כאשר g הוא קבוע הכבידה, שנקבע לראשונה בניסוי בשנת 1798 על ידי G. Cavendish. לפי נתונים מודרניים ז= 6.67*10 -11 N×m 2 /kg 2.
חשוב לציין שבחוק הכבידה האוניברסלית, מסה פועלת כמומדדי כבידה , כלומר קובע את כוח הכבידה בין גופים חומריים.
החשיבות של חוק הכבידה האוניברסלית היא שניוטון כךבאופן דינמי ביסס את המערכת הקופרניקאית ואת חוקי קפלר.
הערה.כמה מדענים עוד לפני ניוטון ניחשו שכוח הכבידה הוא ביחס הפוך לריבוע המרחק. אבל רק ניוטון הצליח לבסס באופן הגיוני ולהוכיח באופן משכנע את החוק הזה באמצעות חוקי הדינמיקה והניסוי.
כדאי לשים לב לעובדה חשובה המעידה על האינטואיציה העמוקה של ניוטון. למעשה, ניוטון קבע מידתיות בין מסה ומִשׁקָל , מה שאומר זאתמסה היא לא רק מדד לאינרציה, אלא מדד לכוח המשיכה . ניוטון היה מודע היטב לחשיבותה של עובדה זו. בניסויים שלו, הוא קבע שמסה אינרציאלית ומסה כבידה חופפים בדיוק של 10 -3 . לאחר מכן, א. איינשטיין, בהתחשב בשוויון של מסות אינרציה וכבידהחוק טבע בסיסי , שים זאת בבסיס תורת היחסות הכללית, או GTR. (מעניין שבמהלך יצירת תורת היחסות הכללית הוכח שוויון זה בטווח של 5×10 -9 , ועכשיו זה הוכח בטווח של 10 -12‑ .)
בחלק השלישי של הספר, ניוטון התווה את המערכת הכללית של העולם ואת המכניקה השמימית, בפרט, את תורת הדחיסה של כדור הארץ בקטבים, את תורת הגאות והשפל, תנועת השביטים, הפרעות בתנועה. של כוכבי לכת וכו'. מבוסס על חוק הכבידה האוניברסלית.
קביעתו של ניוטון שכדור הארץ דחוס בקטבים הוכחה בניסוי בשנים 1735-1744. כתוצאה ממדידת קשת מרידיאן כדור הארץ באזור המשווה (פרו) ובצפון (לפלנד) על ידי שתי משלחות של האקדמיה למדעים של פריז.
ההצלחה הגדולה הבאה של חוק הכבידה האוניברסלית הייתה התחזית של מדעני Clairaut לגבי זמן חזרתו של השביט של האלי. בשנת 1682 גילה האלי שביט חדש וחזה את חזרתו לתצפית ארצית תוך 76 שנים. עם זאת, בשנת 1758 השביט לא הופיע, וקלאיירוט ערך חישוב חדש של זמן הופעתו על סמך חוק הכבידה האוניברסלית, תוך התחשבות בהשפעת צדק ושבתאי. לאחר שקבע את מועד הופעתו - 4 באפריל 1759, קלייראוט טעה ב-19 ימים בלבד.
(ההצלחות של תורת הכבידה בפתרון בעיות של מכניקה שמימית נמשכו במאה ה-19. אז ב-1846, האסטרונום הצרפתי Leverrier כתב לעמיתו הגרמני האלי: "כוונו את הטלסקופ שלכם לנקודה על האקליפטיקה בקבוצת הכוכבים מזל דלי בקו אורך 326 מעלות, ותמצאו בתוך מעלה אחת מהמקום הזה כוכב לכת חדש עם דיסק בולט, בעל מראה של כוכב בסדר גודל תשיעי בערך." נקודה זו חושבה על ידי Le Verrier ובאופן עצמאי על ידי אדמס (אנגליה) על בסיס חוק הכבידה האוניברסלית בעת ניתוח ה"אי-סדירות" שנצפו בתנועת אורנוס וההנחה שהן נגרמו מהשפעתו של כוכב לכת לא ידוע. ואכן, ב-23 בספטמבר 1846 גילה האלי כוכב לכת חדש בנקודה המצוינת בשמים. כך נולדו המילים "כוכב הלכת נפטון התגלה בקצה העט").
חזרה לראש המסמך
מהו הכלל הראשון של המכניקה, ומי גילה את חוק האינרציה? האם זה נכון שיותר ממדען אחד חקר את הנושא הזה?
מתי ועל ידי מי התגלה חוק האינרציה?
בשנת 1632 גילה גלילאו גליליי את אחד משלושת החוקים של המכניקה הקלאסית. הוא הושלם על ידי אייזק ניוטון ב-1686. נוסח הכלל הוא:
לפיכך, ניתן הרעיון של מערכת התייחסות בפיזיקה. התבנית הוקמה כתוצאה מתצפיות מעשיות וזיהוי תבניות בתכונות הפיזיקליות של עצמים. המסקנות שהושקו חלות רק על עצמים הנעים במהירות נמוכה. אלה אינם חלים על תופעות המתרחשות במחווני תנועה קלה.
דינמיקה היא ענף של מכניקה העוסקת באינטראקציה בין גופים. בנוסף לחוק הראשון, ששונה על ידי ניוטון, בולט גם השני, שתואר על ידי דקארט ביצירתו "Principia" ב-1644. חוקי השלישי נקבעו על ידי כריסטיאן הויגנס ב-1669.
מהות החוק היא כדלקמן: גוף מבודד נחשב, בעל בידוד מאובייקטים אחרים של העולם החיצוני והשפעתם. למנוחה יש ערך יחסי, שכן הרטט של אובייקט במסגרות ייחוס שונות מגיע לערכים שונים. באחד, מנוחה או תנועה מצוינת עם מחוון קבוע, בשנייה - עם האצה על פי המודול שנקבע בכיוון נתון.
החוק הראשון של הדינמיקה מבחין בין מחלקה - מערכות אינרציאליות. מכיוון שתנועה מתרחשת כאשר חפץ נחשף לעצמים אחרים, במהלך הבידוד שלאחר מכן הגוף שומר על מודול וכיוון התנועה - ותופעה זו נקראת אינרציה. ביטוייו נקראים "החוק הראשון של ניוטון".
מתי עוברים על החוק?
מנגנון הפעולה שצוין חל על כל החפצים הממוקמים על פני השטח או. במקרה של סטיות, מציינת הפרה של חוק ניוטון, הנובעת מסיבוב כוכב הלכת סביב צירו. דוגמה לביטוי של תכונות של מערכת לא אינרציאלית היא ביטוי של חוקים מכניים בהתנהגות ההמצאה של פוקו. החפץ הוא כדור מטוטלת המחובר לחוט דק ומונף לתנודות בעלות משרעת קטנה. אם האובייקט היה במערכת אינרציאלית, אז מישור הנדנדה היה יציב. עם זאת, בשל התנועה סביב המאפיין של ציר כדור הארץ, הוא משתנה.
לפיכך, ידוע מי גילה את חוק האינרציה מהמעלה הראשונה. הוא זה שהפך לבסיס ליצירת כללים בסיסיים של מכניקה ולכינון חוקים חדשים בפיזיקה.
עזרה עם חידת מילים בפיזיקה, אני צריך תשובות, בבקשה תעזור למי שיודע
2. הכוח שבו הגוף פועל על התמיכה או מותח את המתלה.
7. תהליך המעבר מעבודת כפיים לעבודת מכונה.
9. כמות פיזית היא מדד לאינטראקציה של עצמים חומריים.
11. יחידת נפח.
12. פיזיקאי איטלקי שגילה את חוק נפילת הגופים.
14. הסטייה הגדולה ביותר של הגוף ממצב שיווי המשקל.
18. מטוס עם מנוע סילון.
19. המכשיר הוא מקור קול בתדר אחד, המורכב ממוטות מתכת מעוקלים על רגל.
20. כמות פיזית המאפיינת את מהירות השינוי בתנוחת הגוף.
בֵּמְאוּנָך:
1. קטע מכוון המחבר את המיקום ההתחלתי של הגוף
1. הכדור נע בהשפעת כוח קבוע בגודלו ובכיווןו בחרו את המשפט הנכון:
א.מהירות הכדור אינה משתנה.
ב. הכדור נע בצורה אחידה.
ו' שריק נע בתאוצה מתמדת.
2. איך זז כדור במשקל 500 גרם? בהשפעת כוח של 4 N?
א. עם תאוצה של 2 מ' לשנייה (ריבוע)
ב.במהירות קבועה של 0.125 מ'/שנייה.
V. עם תאוצה קבועה 8m/s (ריבוע)
3. באילו מקרים להלן מדברים על תנועת גופים על ידי אינרציה?
א הגוף שוכב על פני השולחן.
ב.לאחר כיבוי המנוע, הסירה ממשיכה לנוע על פני המים
V. הלוויין נע במסלול סביב השמש.
4.א) מדוע נקרא החוק הראשון של ניוטון חוק האינרציה?
ב.איך זז גוף אם הסכום הווקטורי של הכוחות הפועלים עליו הוא אפס?
ג.יתוש פגע בזכוכית הווקטורית של מכונית נוסעת השווה את הכוחות הפועלים על היתוש והמכונית במהלך הפגיעה.
5.א.באיזה מצב יכול גוף לנוע בצורה אחידה וישרה?
ב.בעזרת שני בלונים זהים נמחצים גופים שונים ממצב מנוחה, לפי איזה קריטריון ניתן להסיק לאיזה מהגופים הללו המסה הגדולה ביותר?
ג. הכדור פוגע בזכוכית החלון איזה גוף (הכדור או הזכוכית) חווה כוח גדול יותר בעת הפגיעה?
7.א יש בלוק על השולחן אילו כוחות פועלים עליו למה הבלוק במנוחה?
ב. באיזו תאוצה נע מטוס סילון במשקל 60 טון במהלך ההמראה, אם כוח הדחף של המנועים הוא 90 קילו-ניין?
ג.כאשר ספינת מנוע מתנגשת בסירה, היא יכולה להטביע אותה ללא כל נזק לעצמה.איך זה מתיישב עם השוויון של מודולי כוחות האינטראקציה?
8.א באילו דרכים מותקן גרזן על ידית כיצד ניתן להסביר את התופעות המתרחשות במהלך זה?
ב.איזה כוח מקנה לגוף השוקל 400 גרם. תאוצה 2 m/s (ריבוע)?
ג.שני בנים מושכים חוט לכיוונים מנוגדים, כל אחד בכוח של 100 N. האם החוט יישבר אם יעמוד בעומס של 150 N?
(1564–1642) נחשב בצדק למייסד הפיזיקה כמדע. אנו חבים לו פיתוח שיטת מחקר מודרנית, המתבטאת בקצרה בשרשרת: ניסוי => מודל (זיהוי המאפיינים העיקריים של תופעה, כלומר שימוש בהפשטה) => תיאור מתמטי => השלכות המודל => ניסוי חדש כדי לבדוק אותם.
בין שאר ההישגים המדעיים, הוא הציג שני עקרונות יסוד במכניקה: עקרון האינרציהו עקרון היחסות. עקרון האינרציה של גלילאו חזר על עצמו על ידי I. Newton (1643–1727) כחוק הראשון של המכניקה.
החוק הראשון של ניוטוןקורא:
ישנן מערכות התייחסות כאלה שבהן כל נקודה חומרית נמצאת במצב של מנוחה או תנועה ישרה אחידה עד שמצב זה משתנה בהשפעת גופים אחרים. מערכות התייחסות כאלה נקראות בדרך כלל אינרציאליות.
התשובה לשאלה: "האם קיימות מסגרות ייחוס אינרציאליות או לא?", כמו תמיד, ניתנת בניסוי. על פי תוצאות המדידות המודרניות, מערכת ההתייחסות ההליוצנטרית, שבה מרכז השמש חסר תנועה ושציריה מכוונים לכוכבים הקבועים, היא אינרציאלית. המשמעות היא הדבר הפשוט הבא: מדי תאוצה קיימים (מדי תאוצה) אינם מזהים סטיות מהחוק הראשון של ניוטון במסגרת הייחוס ההליוצנטרית. מנוחה או תנועה ישרה אחידה היא מצב עם תאוצה אפס, לכן, אם גוף שאינו נתון להשפעות חיצוניות רוכש תאוצה, המשמעות היא שתנועת הגוף הזה נחשבת במסגרת ייחוס לא אינרציאלית. מערכת השמש עושה תנועה סופית בתוך הגלקסיה שלנו (שביל החלב), כל תנועה סופית היא תנועה עם תאוצה, אבל מערכת השמש רחוקה ממרכז הגלקסיה - אנחנו תושבי היקפי - עקמומיות המסלול שלה זניחה, המכשירים שלנו אינם מזהים תאוצות ואנחנו טוענים שהיא הליוצנטרית שמערכת הייחוס היא אינרציאלית. מסגרת התייחסות אינרציאלית היא אידיאליזציה נוספת: במובן המדויק, מסגרות ייחוס אינרציאליות אינן קיימות. טבעי להניח שנסיבות אלו היו בין אלו שהניעו את איינשטיין ליצור את תורת היחסות הכללית, הקובעת את השוויון הפיזי של כל מערכות הייחוס בכלל, ולא רק אינרציאליות, ושדות הכוחות האינרציאליים שווים לכבידה. שדות (מה שנקרא "עקרון השקילות" זה יידון ביתר פירוט בהמשך).
בעתיד ניתן יהיה לראות שכל מערכת ייחוס הנעה בתרגום עם קבוע מהירות בגודל ובכיוון ביחס למערכת ייחוס אינרציאלית כלשהי היא גם אינרציאלית. במילים אחרות, קיומה של מסגרת ייחוס אינרציאלית אחת פירושה קיומה של מספר רב לאין שיעור של מערכות כאלה.
התכונה של גוף לשמור על מצב של מנוחה או תנועה אחידה ליניארית נקראת אִינֶרצִיָה. העיקרון הזה עצמו הוא עקרון האינרציה של גלילאו(או החוק הראשון של ניוטון) רחוק מלהיות כל כך ברור.
לפני גלילאו חשבו שצריך איזושהי סיבה, כוח מניע לתנועה. אפילו לאונרדו דה וינצ'י הגדול כתב: "כל תנועה שואפת לשימור שלה, או שכל גוף נע זז ללא הרף כל עוד פעולת המנוע שלו נשמרת בו". באופן מפתיע, קולונל פון צילרגוט הטיפש מספרו של ג'יי האסק "הרפתקאות החייל הטוב שווייק" חשב באופן דומה: אין בנזין, המנוע לא עובד, המכונית נעצרת. לאחר גלילאו, התאפשר הניסוח הלטיני של ר' דקארט (1596–1650): "Quod in vacuo movetur, semper moveri" (מה שזז בריק תמיד יזוז).
העובדה היא שבטבע, לעולם לא נצפים גופים ששומרים לנצח על מצב של מנוחה או תנועה אחידה ישרה. היה צורך להדגים את אותה יכולת לבנות מודלים, לזרוק את הלא חשוב, להפשט כדי לגלות את עקרון האינרציה. בלימוד חוקי המכניקה הבסיסיים, אנו עושים אידיאליזציה של המערכת: אנו מזניחים את כוחות החיכוך, אנו מניחים שאין גופים אחרים בקרבת מקום וכו'. ואז עיקרון האינרציה מתבטא בכל יופיו וחוזקו:
לתנועה ישרה אחידה, אין צורך במנוע; יש צורך בכוח מניע כדי לשנות סוג זה של תנועת גוף.
וידאו 3.1. כדור פלדה בשדה מגנט. ניסוי המראה כי נדרש כוח חיצוני מתאים כדי לכופף מסלול.
מידע נוסף
http://www.plib.ru/library/book/14978.html - D.V. סיווכין קורס כללי לפיזיקה, כרך 1, מכניקה אד. Science 1979 - עמ' 91–97 (§16): עקרון היחסות של גלילאו נדון, כולל הנמקתו של גלילאו עצמו מילה במילה!
http://www.gaudeamus.omskcity.com/PDF_library_natural-science_2.html - Kittel Ch., Nait U., Ruderman M. General Physics course. כרך 1. מכניקה. אד. מדע, 1975 – עמ' 79–88 – תיאור האולטרה-צנטריפוגה והערכת האצות של מערכות ייחוס אמיתיות המשמשות במכניקה.