Os filósofos antigos tentaram entender a essência do movimento, para revelar a influência das estrelas e do Sol em uma pessoa. Além disso, as pessoas sempre tentaram identificar as forças que atuam em um ponto material no processo de seu movimento, bem como em um momento de repouso.
Aristóteles acreditava que, na ausência de movimento, o corpo não é afetado por nenhuma força. Vamos tentar descobrir quais referenciais são chamados de inerciais, vamos dar exemplos deles.
Estado de repouso
Na vida cotidiana é difícil detectar tal condição. Em quase todos os tipos de movimento mecânico, assume-se a presença de forças estranhas. O motivo é a força de atrito, que não permite que muitos objetos saiam de sua posição original, saiam do estado de repouso.
Considerando exemplos de sistemas de referência inerciais, notamos que todos eles correspondem à 1ª lei de Newton. Somente após sua descoberta foi possível explicar o estado de repouso, indicar as forças que atuam nesse estado sobre o corpo.
Formulação da 1ª lei de Newton
Na interpretação moderna, ele explica a existência de sistemas de coordenadas, em relação aos quais se pode considerar a ausência de forças externas atuando sobre um ponto material. Do ponto de vista de Newton, os sistemas de referência são chamados de inerciais, o que nos permite considerar a conservação da velocidade do corpo ao longo do tempo.
Definições
Quais referenciais são inerciais? Exemplos deles são estudados no curso de física da escola. Consideram-se sistemas de referência inerciais aqueles em relação aos quais o ponto material se move com velocidade constante. Newton esclareceu que qualquer corpo pode estar em um estado semelhante, desde que não haja necessidade de aplicar forças a ele que possam mudar esse estado.
Na realidade, a lei da inércia não é cumprida em todos os casos. Analisando exemplos de referenciais inerciais e não inerciais, considere uma pessoa segurando o corrimão de um veículo em movimento. Quando um carro freia bruscamente, uma pessoa se move automaticamente em relação ao veículo, apesar da ausência de uma força externa.
Acontece que nem todos os exemplos de um referencial inercial correspondem à formulação da lei de 1 Newton. Para esclarecer a lei da inércia, foi introduzida uma definição refinada de sistemas de referência na qual ela é cumprida impecavelmente.
Tipos de sistemas de referência
Quais sistemas de referência são chamados de inerciais? Ficará claro em breve. "Dê exemplos de sistemas de referência inerciais nos quais a lei de 1 Newton é satisfeita" -uma tarefa semelhante é oferecida aos alunos que escolheram física como exame na nona série. Para dar conta da tarefa, é necessário ter uma ideia sobre referenciais inerciais e não inerciais.
Inércia envolve a preservação do repouso ou movimento retilíneo uniforme do corpo enquanto o corpo estiver isolado. Corpos "isolados" são aqueles que não estão conectados, não interagem, são afastados uns dos outros.
Vamos considerar alguns exemplos de um referencial inercial. Assumindo uma estrela na galáxia como um quadro de referência, em vez de um ônibus em movimento, a implementação da lei da inércia para os passageiros que se seguram nos trilhos será impecável.
Durante a frenagem, este veículo continuará se movendo uniformemente em linha reta até ser afetado por outros corpos.
Que exemplos de um referencial inercial você pode dar? Não devem ter ligação com o corpo analisado, afetar sua inércia.
É para tais sistemas que a 1ª lei de Newton é cumprida. Na vida real, é difícil considerar o movimento de um corpo em relação a referenciais inerciais. É impossível chegar a uma estrela distante para realizar experimentos terrestres a partir dela.
A Terra é aceita como sistema de referência condicional, apesar de estar associada a objetos colocados nela.
É possível calcular a aceleração no referencial inercial se considerarmos a superfície da Terra como referencial. Na física, não há registro matemático da 1ª lei de Newton, mas é ele quem é a base paraderivação de muitas definições e termos físicos.
Exemplos de referenciais inerciais
Os alunos da escola às vezes têm dificuldade para entender os fenômenos físicos. Aos alunos do nono ano é oferecida a tarefa do seguinte conteúdo: “Quais referenciais são chamados de inerciais? Dê exemplos de tais sistemas. Suponha que o carrinho com a bola se mova inicialmente sobre uma superfície plana com velocidade constante. Então ela se move ao longo da areia, como resultado, a bola é colocada em movimento acelerado, apesar do fato de que nenhuma outra força atua sobre ela (seu efeito total é zero).
A essência do que está acontecendo pode ser explicada pelo fato de que ao se mover em uma superfície arenosa, o sistema deixa de ser inercial, passa a ter velocidade constante. Exemplos de referenciais inerciais e não inerciais indicam que sua transição ocorre em um determinado período de tempo.
Quando o corpo acelera, sua aceleração tem valor positivo e, na frenagem, esse valor se torna negativo.
Movimento curvilíneo
Relativo às estrelas e ao Sol, o movimento da Terra é realizado ao longo de uma trajetória curvilínea, que tem a forma de uma elipse. Aquele referencial, no qual o centro está alinhado com o Sol, e os eixos são direcionados para certas estrelas, será considerado inercial.
Observe que qualquer referencial que se mova em linha reta e uniformemente em relação ao heliocêntricosistema é inercial. O movimento curvilíneo é realizado com alguma aceleração.
Dado que a Terra se move em torno de seu eixo, o referencial, que está associado à sua superfície, em relação aos movimentos heliocêntricos com alguma aceleração. Em tal situação, podemos concluir que o referencial, que está conectado com a superfície da Terra, se move com aceleração em relação ao heliocêntrico, portanto, não pode ser considerado inercial. Mas o valor da aceleração de tal sistema é tão pequeno que em muitos casos afeta significativamente as especificidades dos fenômenos mecânicos considerados em relação a ele.
Para resolver problemas práticos de natureza técnica, costuma-se considerar como inercial o referencial que está rigidamente conectado com a superfície da Terra.
Relatividade Galileana
Todos os referenciais inerciais possuem uma propriedade importante, que é descrita pelo princípio da relatividade. Sua essência reside no fato de que qualquer fenômeno mecânico sob as mesmas condições iniciais é realizado da mesma forma, independentemente do referencial escolhido.
A igualdade da ISO de acordo com o princípio da relatividade é expressa nas seguintes disposições:
- Em tais sistemas, as leis da mecânica são as mesmas, portanto, qualquer equação que seja descrita por elas, expressa em termos de coordenadas e tempo, permanece in alterada.
- Os resultados de experimentos mecânicos em andamento permitem estabelecer se o referencial estará em repouso, ou semovimento retilíneo uniforme. Qualquer sistema pode ser reconhecido condicionalmente como estacionário se o outro ao mesmo tempo se mover em relação a ele a uma certa velocidade.
- As equações da mecânica permanecem in alteradas em relação às transformações de coordenadas no caso de transição de um sistema para outro. Você pode descrever o mesmo fenômeno em diferentes sistemas, mas sua natureza física não mudará.
Resolução de problemas
Primeiro exemplo.
Determine se o referencial inercial é: a) um satélite artificial da Terra; b) atração infantil.
Resposta. No primeiro caso, não se trata de um sistema de referência inercial, pois o satélite se move em órbita sob a influência da força da gravidade, portanto, o movimento ocorre com alguma aceleração.
A atração também não pode ser considerada um sistema inercial, pois seu movimento rotacional ocorre com alguma aceleração.
Segundo exemplo.
O sistema de comunicação está firmemente conectado ao elevador. Em que situações pode ser chamado de inercial? Se o elevador: a) cair; b) move-se uniformemente para cima; c) aumenta rapidamente d) uniformemente direcionado para baixo.
Resposta. a) Em queda livre, a aceleração aparece, então o referencial associado ao elevador não será inercial.
b) Com movimento uniforme do elevador, o sistema é inercial.
c) Ao se mover com alguma aceleração, o referencial é considerado inercial.
d) O elevador se move lentamente, tem uma aceleração negativa, então você não podechame o referencial inercial.
Conclusão
Durante todo o tempo de sua existência, a humanidade vem tentando compreender os fenômenos que ocorrem na natureza. Tentativas de explicar a relatividade do movimento foram feitas por Galileu Galilei. Isaac Newton conseguiu deduzir a lei da inércia, que passou a ser utilizada como o principal postulado nos cálculos em mecânica.
Atualmente, o sistema de detecção de posição do corpo inclui o corpo, o dispositivo para determinar a hora, bem como o sistema de coordenadas. Dependendo se o corpo está em movimento ou parado, é possível caracterizar a posição de um determinado objeto no período de tempo desejado.
