Выбор системы отсчета. Свободное тело. Инерциальные системы отсчета

Уравнения динамики поступательного движения

Введение. Задачи динамики

На основе обобщения многовекового опыта естествознание пришло к выводу, что движение — это «врожденное» свойство материи, т. е. движение всегда существовало и всегда будет существовать, как и сама материя. Материя и ее движение вечны, они несозидаемы и неуничтожимы. Вопрос о причинах движения — это вопрос философии. В физике правомерна лишь его следующая постановка: Как меняется то или иное движение тех или иных тел, и что послужило причиной изменения движения тел и превращения одной формы движения в другую?На первую часть вопроса мы ответили, сформулировав раздел кинематики. На вторую часть вопроса отвечает другой раздел механики — динамика. Основная задача динамики — получить ответ на вопрос о причине изменения скорости тела; о причине появления ускорения тел и о связи ускорения с этой причиной. Динамика — раздел механики, посвященный изучению движения материальных тел под действием приложенных к ним сил.Движения любых материальных тел, кроме микрочастиц, изучаются в классической механике. Классическая динамика разделяется на динамику материальной точки и динамику системы материальных точек. Самостоятельными разделами системы материальных точек (частиц) являются — динамика абсолютно твердого тела; динамика упруго и пластически деформируемого тела; динамика жидкости и газа. Естественно, что изучение динамики следует начинать с динамики материальной точки.

Выбор системы отсчета. Свободное тело. Инерциальные системы отсчета

Описание движения, как мы видели, зависит от выбора системы отсчета. Поэтому желательно выбрать такую систему отсчета, в которой рассматриваемое движение выглядит наиболее просто. Оказывается, что наиболее удобной является гелиоцентрическая система отсчета, в которой
в качестве тела отсчета выбрано Солнце. Тем не менее, во многих практических ситуациях можно пользоваться и геоцентрической системой, где телом отсчета является Земля. Такая система часто называется также
«лабораторной». Опыт показывает, что в «неподвижной» системе отсчета выполняется следующее основное положение механики Ньютона:

Всякое ускорение тела всегда вызывается действием на данное тело каких-либо других тел.Следовательно, если на данное тело не действуют никакие другие тела, то это тело можно считать свободным. Естественно, что полностью свободных тел в природе не существует.

Пример. Летящая в космическом пространстве ракета, комета или какое-либо другое тело всегда испытывают воздействия со стороны других тел, находящихся во Вселенной. Другое дело, что воздействие может быть достаточно малым, но не более того. Таким образом, можно сформулировать следующее важное положение: свободное тело — это тело, которое покоится или движется прямолинейно и равномерно в данной системе отсчета.

По сути, мы сформулировали первый закон Ньютона, который в настоящее время формулируется следующим образом: существуют такие системы отсчета, в которых свободное тело покоится или движется прямолинейно и равномерно. Такие системы называются инерциальными.

В инерциальной системе изменение скорости тела может быть обусловлено только его взаимодействием с другими телами. Это означает, что

1) всякое ускорение тела всегда вызывается действием на данное тело каких-либо других тел;

2) ускорения всегда являются результатом взаимодействия тел.