Հին փիլիսոփաները փորձել են հասկանալ շարժման էությունը, բացահայտել աստղերի և Արեգակի ազդեցությունը մարդու վրա։ Բացի այդ, մարդիկ միշտ փորձել են բացահայտել այն ուժերը, որոնք գործում են նյութական կետի վրա նրա շարժման գործընթացում, ինչպես նաև հանգստի պահին։
Արիստոտելը կարծում էր, որ շարժման բացակայության դեպքում մարմնի վրա որևէ ուժ չի ազդում: Փորձենք պարզել, թե որ հղման շրջանակներն են կոչվում իներցիոն, կտանք դրանց օրինակները։
Հանգիստ վիճակ
Առօրյա կյանքում նման պայմանը դժվար է հայտնաբերել։ Մեխանիկական շարժման գրեթե բոլոր տեսակների դեպքում ենթադրվում է կողմնակի ուժերի առկայություն։ Պատճառը շփման ուժն է, որը թույլ չի տալիս շատ առարկաների դուրս գալ սկզբնական դիրքից, դուրս գալ հանգստի վիճակից։
Հաշվի առնելով իներցիալ հղման համակարգերի օրինակները, մենք նշում ենք, որ դրանք բոլորը համապատասխանում են Նյուտոնի 1-ին օրենքին: Միայն դրա հայտնաբերումից հետո է հնարավոր եղել բացատրել հանգստի վիճակը, նշել մարմնի վրա այս վիճակում գործող ուժերը։
Նյուտոնի 1-ին օրենքի ձևակերպում
Ժամանակակից մեկնաբանության մեջ նա բացատրում է կոորդինատային համակարգերի առկայությունը, որոնց համեմատ կարելի է դիտարկել նյութական կետի վրա գործող արտաքին ուժերի բացակայությունը։ Նյուտոնի տեսանկյունից տեղեկատու համակարգերը կոչվում են իներցիոն, որոնք թույլ են տալիս երկար ժամանակ դիտարկել մարմնի արագության պահպանումը։
Սահմանումներ
Հղման ո՞ր շրջանակներն են իներցիոն: Դրանց օրինակները ուսումնասիրվում են դպրոցական ֆիզիկայի կուրսում։ Իներցիոն հղման համակարգեր են համարվում այն համակարգերը, որոնց նկատմամբ նյութական կետը շարժվում է հաստատուն արագությամբ: Նյուտոնը պարզաբանեց, որ ցանկացած մարմին կարող է լինել նմանատիպ վիճակում, քանի դեռ կարիք չկա դրա վրա ուժեր կիրառել, որոնք կարող են փոխել այդպիսի վիճակը։
Իրականում իներցիայի օրենքը ոչ բոլոր դեպքերում է կատարվում։ Վերլուծելով իներցիալ և ոչ իներցիոն հղման համակարգերի օրինակները, հաշվի առեք շարժվող մեքենայի բազրիքներից բռնած անձին: Երբ մեքենան կտրուկ արգելակում է, մարդն ավտոմատ կերպով շարժվում է մեքենայի համեմատ՝ չնայած արտաքին ուժի բացակայությանը։
Պարզվում է, որ իներցիոն հղման համակարգի ոչ բոլոր օրինակներն են համապատասխանում 1 Նյուտոնի օրենքի ձևակերպմանը։ Իներցիայի օրենքը պարզաբանելու համար ներկայացվել է հղման համակարգերի հստակ սահմանում, որտեղ այն անթերի է կատարվում:
Հղման համակարգերի տեսակները
Ո՞ր հղման համակարգերն են կոչվում իներցիոն: Շուտով պարզ կդառնա։ «Տվեք իներցիալ հղման համակարգերի օրինակներ, որոնցում բավարարված է 1 Նյուտոնի օրենքը» -նմանատիպ առաջադրանք է առաջարկվում իններորդ դասարանում ֆիզիկան որպես քննություն ընտրած դպրոցականներին։ Առաջադրանքը հաղթահարելու համար անհրաժեշտ է պատկերացում ունենալ իներցիոն և ոչ իներցիոն հղման համակարգերի մասին։
Իներցիան ներառում է մարմնի հանգստի կամ միատեսակ ուղղագիծ շարժման պահպանում այնքան ժամանակ, քանի դեռ մարմինը մեկուսացված է: «Մեկուսացված» մարմիններն այն մարմիններն են, որոնք կապված չեն, չեն փոխազդում, հեռացված են միմյանցից։
Եկեք դիտարկենք իներցիոն հղման համակարգի որոշ օրինակներ: Ենթադրելով գալակտիկայում աստղը որպես հղման համակարգ, այլ ոչ թե շարժվող ավտոբուս, ռելսերից բռնած ուղևորների համար իներցիայի օրենքի իրականացումը անթերի կլինի:
Արգելակման ժամանակ այս մեքենան կշարունակի միատեսակ շարժվել ուղիղ գծով, մինչև այլ մարմինների վրա ազդեն դրա վրա:
Իներցիալ հղման համակարգի ի՞նչ օրինակներ կարող եք բերել: Դրանք չպետք է կապ ունենան վերլուծված մարմնի հետ, ազդեն նրա իներցիայի վրա։
Այդպիսի համակարգերի համար է կատարվում Նյուտոնի 1-ին օրենքը։ Իրական կյանքում դժվար է դիտարկել մարմնի շարժումը համեմատական իներցիոն հղման համակարգերի հետ: Անհնար է հասնել հեռավոր աստղին, որպեսզի նրանից ցամաքային փորձեր կատարեն։
Երկիրն ընդունված է որպես պայմանական հղման համակարգեր, չնայած այն հանգամանքին, որ այն կապված է իր վրա տեղադրված առարկաների հետ:
Հնարավոր է հաշվարկել արագացումը իներցիալ տեղեկատու համակարգում, եթե որպես հղման համակարգ դիտարկենք Երկրի մակերեսը։ Ֆիզիկայի մեջ Նյուտոնի 1-ին օրենքի մաթեմատիկական գրառում չկա, բայց հենց նա է հիմքբազմաթիվ ֆիզիկական սահմանումների և տերմինների ածանցում։
Իներցիալ հղման համակարգերի օրինակներ
Դպրոցի աշակերտները երբեմն դժվարանում են հասկանալ ֆիզիկական երևույթները: Իններորդ դասարանցիներին առաջարկվում է հետևյալ բովանդակության առաջադրանքը. Բերե՛ք նման համակարգերի օրինակներ: Ենթադրենք, որ գնդակով սայլը սկզբում շարժվում է հարթ մակերևույթի վրա՝ հաստատուն արագությամբ: Այնուհետև այն շարժվում է ավազի երկայնքով, ինչի արդյունքում գնդակը դրվում է արագացված շարժման մեջ, չնայած այն հանգամանքին, որ դրա վրա այլ ուժեր չեն գործում (դրանց ընդհանուր ազդեցությունը զրոյական է):
Կատարվողի էությունը կարելի է բացատրել նրանով, որ ավազոտ մակերևույթի վրա շարժվելիս համակարգը դադարում է իներցիոն լինել, ունի հաստատուն արագություն։ Իներցիալ և ոչ իներցիոն հղման համակարգերի օրինակները ցույց են տալիս, որ դրանց անցումը տեղի է ունենում որոշակի ժամանակահատվածում:
Երբ մարմինը արագացնում է, դրա արագացումը դրական արժեք է ունենում, իսկ արգելակելիս այդ ցուցանիշը դառնում է բացասական։
Կոլագիծ շարժում
Աստղերի և Արեգակի համեմատ Երկրի շարժումն իրականացվում է կորագիծ հետագծով, որն ունի էլիպսի ձև։ Հղման այն շրջանակը, որտեղ կենտրոնը հավասարեցված է Արեգակի հետ, և առանցքներն ուղղված են դեպի որոշակի աստղեր, կհամարվի իներցիոն:
Նշեք, որ ցանկացած հղման համակարգ, որը կշարժվի ուղիղ գծով և միատեսակ հարաբերական հելիոկենտրոնինհամակարգը իներցիոն է. Կորագիծ շարժումն իրականացվում է որոշակի արագացումով։
Հաշվի առնելով այն փաստը, որ Երկիրը շարժվում է իր առանցքի շուրջ, հղման շրջանակը, որը կապված է իր մակերեսի հետ, արեգակնային կենտրոնի համեմատ շարժվում է որոշակի արագացումով: Նման իրավիճակում կարելի է եզրակացնել, որ հղման համակարգը, որը կապված է Երկրի մակերեսի հետ, շարժվում է արեգակնայինի նկատմամբ արագացմամբ, ուստի այն չի կարելի իներցիոն համարել։ Բայց նման համակարգի արագացման արժեքն այնքան փոքր է, որ շատ դեպքերում այն էապես ազդում է դրա հետ կապված մեխանիկական երևույթների առանձնահատկությունների վրա։
Տեխնիկական բնույթի գործնական խնդիրներ լուծելու համար ընդունված է որպես իներցիոն համարել հղման համակարգը, որը կոշտորեն կապված է Երկրի մակերևույթի հետ։
Գալիլեյան հարաբերականություն
Բոլոր իներցիոն հղման համակարգերն ունեն կարևոր հատկություն, որը նկարագրվում է հարաբերականության սկզբունքով։ Դրա էությունը կայանում է նրանում, որ ցանկացած մեխանիկական երևույթ նույն սկզբնական պայմաններում կատարվում է նույն կերպ՝ անկախ ընտրված հղման համակարգից։
ԻՍՕ-ի հավասարությունը հարաբերականության սկզբունքի համաձայն արտահայտվում է հետևյալ դրույթներով.
- Նման համակարգերում մեխանիկայի օրենքները նույնն են, ուստի նրանց կողմից նկարագրված ցանկացած հավասարում, որն արտահայտված է կոորդինատներով և ժամանակով, մնում է անփոփոխ:
- Ընթացիկ մեխանիկական փորձերի արդյունքները հնարավորություն են տալիս պարզել, թե արդյոք հղման շրջանակը հանգիստ կլինի, թե արդյոքուղղագիծ միատեսակ շարժում. Ցանկացած համակարգ կարող է պայմանականորեն ճանաչվել որպես անշարժ, եթե մյուսը միաժամանակ շարժվում է դրա նկատմամբ որոշակի արագությամբ։
- Մեխանիկայի հավասարումները մնում են անփոփոխ կոորդինատային փոխակերպումների նկատմամբ մի համակարգից մյուսին անցնելու դեպքում: Դուք կարող եք նկարագրել նույն երևույթը տարբեր համակարգերում, բայց դրանց ֆիզիկական բնույթը չի փոխվի:
Խնդիրի լուծում
Առաջին օրինակ.
Որոշեք՝ արդյոք հղման իներցիալ համակարգն է՝ ա) Երկրի արհեստական արբանյակը. բ) մանկական գրավչություն.
Պատասխան. Առաջին դեպքում խոսք չի գնում իներցիոն հղման համակարգի մասին, քանի որ արբանյակը ուղեծրով շարժվում է ձգողության ուժի ազդեցությամբ, հետևաբար շարժումը տեղի է ունենում որոշակի արագացումով։
Ձգողականությունը նույնպես չի կարող համարվել իներցիոն համակարգ, քանի որ նրա պտտվող շարժումը տեղի է ունենում որոշակի արագացումով:
Երկրորդ օրինակ։
Հաշվետվական համակարգը ամուր կապված է վերելակի հետ։ Ո՞ր իրավիճակներում այն կարելի է անվանել իներցիոն: Եթե վերելակը` ա) վայր է ընկնում. բ) հավասարաչափ շարժվում է դեպի վեր; գ) արագորեն բարձրանում է դ) հավասարապես ուղղված դեպի ներքև։
Պատասխան. ա) Ազատ անկման ժամանակ առաջանում է արագացում, ուստի վերելակի հետ կապված հղման շրջանակը իներցիոն չի լինի:
բ) Վերելակի միատեսակ շարժման դեպքում համակարգը իներցիոն է:
գ) Որոշակի արագացումով շարժվելիս հղման շրջանակը համարվում է իներցիոն:
դ) Վերելակը դանդաղ է շարժվում, ունի բացասական արագացում, այնպես որ դուք չեք կարողհղման շրջանակն անվանել իներցիոն։
Եզրակացություն
Մարդկությունն իր գոյության ողջ ընթացքում փորձել է հասկանալ բնության մեջ տեղի ունեցող երևույթները: Շարժման հարաբերականությունը բացատրելու փորձեր կատարեց Գալիլեո Գալիլեյը։ Իսահակ Նյուտոնին հաջողվեց դուրս բերել իներցիայի օրենքը, որը սկսեց օգտագործվել որպես հիմնական պոստուլատ մեխանիկայի հաշվարկներում:
Ներկայումս մարմնի դիրքի հայտնաբերման համակարգը ներառում է մարմինը, ժամանակը որոշող սարքը, ինչպես նաև կոորդինատային համակարգը։ Կախված նրանից, թե մարմինը շարժվում է, թե անշարժ, հնարավոր է բնութագրել որոշակի առարկայի դիրքը ցանկալի ժամանակահատվածում։
