Научный журнал

Успехи современного естествознания

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

• Авторы
• Файлы

Ростовцев А.К. Шероварченко Г.А.

Статья в формате PDF

114 KB

«Законы физики должны иметь одну и ту же форму для всех наблюдателей, включая и тех, кто движется с ускорением»

Альберт Эйнштейн

Третий закон Ньютона утверждает, что силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю и направлены в противоположные стороны вдоль прямой, соединяющей эти тела. Силы не уравновешивают друг друга:

F₁ = - F₂                                          (1)

Если

F₁ = F₂ = mа,                        (2)

где m - масса тела, а - ускорение, то уравнение (1) запишется так:

mа = - mа                            (3)

откуда

а = - а                                    (4)

Физический смысл уравнения (4) только одному богу известен, поэтому придадим этому уравнению свой физический смысл с введением постулата.

Постулат: любая материальная точка, движущаяся с ускорением, создает инерционное (гравитационное) поле, равное ускорению и противоположно ему направлено. Инерционное поле, в отличие от гравитационного, не взаимодействует с материальными точками и телами.

Законы Ньютона сформулированы для инерциальных систем отсчета - систем, связанных с телами, на которые не действуют внешние силы. В системах, движущихся ускоренно, эти законы не выполняются. Чтобы можно было пользоваться законами Ньютона в неинерциальных системах отсчета, нужно учесть, что все тела ведут себя в этих системах так, как если бы произошло изменение гравитационного поля и вектор ускорения свободного падения вблизи Земли g₀ получил приращение -а, равное ускорению системы (относительно инерциальной системы), взятому с противоположным знаком. Иными словами, в неинерциальных системах отсчета, расположенных вблизи Земли, можно использовать те же законы, формулы и уравнения, что и в инерциальных, но всюду, где стоит вектор g₀, заменить его вектором g, равным g = g₀ + (-а) (5).

Вес - сила, с которой тело, притягиваясь к Земле, действует на опору или натягивает нить подвеса:

P = mg                                  (6)

Подставляя уравнение (5) в уравнение (6) получим:

P = mg + m(-а)                    (7)

Если a = 0, то вес равен силе тяжести:

P = mg₀                                 (8)

Рассмотрим эту теорию на примере. Пусть тело массой m движется по окружности радиусом r со скоростью V. На тело действует сила тяжести mg₀ и сила натяжения нити Т. Результирующая этих сил равна центростремительной силе, равной (см. рис. 1):

F_ц = mа                                 (9)

Рис. 1.

Согласно постулата масса образует инерционное поле -а. Тогда вес тела будет равен

P = mg + m(-а)                    (10)

и он приложен к нити, согласно третьего закона Ньютона и определения веса.

Из всего сказанного делаем резюме: законы Ньютона справедливы как в инерциальных системах отсчета, так и в неинерциальных.

Что касается силы инерции, то её заменяет одна из составляющих веса тела Р₁.

Библиографическая ссылка