Инерциальные системы отсчёта

Слайд 1. Инерциальные системы отсчёта. Первый закон Ньютона

Физика, 9 класс. Основы динамики и законы движения

Слайд 2. Загадка движения

Почему тела двигаются? В повседневной жизни нам кажется, что для движения всегда нужна сила: чтобы санки ехали, их нужно тянуть. Но Аристотель ошибался, считая покой «естественным состоянием». Галилей и Ньютон доказали: движение без сил возможно.

Слайд 3. Система отсчёта

Чтобы изучать движение, нам необходима система отсчёта. Она включает в себя:

1. Тело отсчёта (начало координат).

2. Систему координат для определения положения тела в пространстве.

3. Прибор для измерения времени (часы).

Слайд 4. Что такое ИСО?

Инерциальные системы отсчёта (ИСО) — это «особые» системы:

В них тело сохраняет скорость, если на него не действуют силы.

Земля считается ИСО (с небольшими допущениями).

Любая система, движущаяся относительно ИСО равномерно и прямолинейно, тоже является ИСО.

Слайд 5. Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела или действия других тел компенсируются.

— Исаак Ньютон, Первый закон движения (Закон инерции)

Слайд 6. Равнодействующая сил равна нулю

Состояние, при котором векторная сумма всех действующих на тело сил равна нулю ($\vec{R}=\sum \vec{F}=0$), называется компенсацией сил. В этом случае силы уравновешивают друг друга.

Согласно первому закону Ньютона, если силы скомпенсированы, тело сохраняет свою скорость: оно либо покоится, либо продолжает движение равномерно и прямолинейно.

Примеры:

— Книга на столе: сила тяжести ${\vec{F}}_{\text{т}}$ уравновешена силой реакции опоры $\vec{N}$.

— Парашютист: при установившемся спуске сила тяжести равна силе сопротивления воздуха.

Вопрос для обсуждения: Как изменится движение автомобиля, если при скорости $60$ км/ч сила тяги двигателя станет в точности равна силе трения?

Слайд 7. Инерция в нашей жизни

Когда автобус резко тормозит, пассажиры по инерции продолжают движение вперёд, сохраняя прежнюю скорость.

Вдали от звёзд и планет космический зонд может лететь миллиарды лет с одной и той же скоростью без топлива.

Чтобы стряхнуть воду с мокрых рук, мы резко останавливаем кисть, и капли продолжают движение сами.

Слайд 8. Неинерциальные системы

Если система отсчёта движется с ускорением (например, вращающаяся карусель или тормозящий лифт), она называется неинерциальной.

В таких системах Первый закон Ньютона не выполняется: тела могут начать движение сами по себе, без действия видимых внешних сил.

Слайд 9. Вопросы для обсуждения

Почему опасно выпрыгивать из движущегося транспорта даже на мягкую траву?

Какую систему отсчёта удобнее выбрать для описания движения Луны: связанную с Землёй или с Солнцем?

Если на тело не действуют силы, может ли оно поворачивать?

Зачем в автомобилях устанавливают подголовники на сиденьях?

Слайд 10. Главные выводы

Инерция — это свойство тел сохранять свою скорость при отсутствии внешних воздействий.

Первый закон Ньютона утверждает существование инерциальных систем отсчёта (ИСО).

В ИСО тело либо покоится, либо движется прямолинейно и равномерно, если $\sum \vec{F}=0$.

Покой — это просто частный случай равномерного движения со скоростью $v=0$.