ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер 25.2: Геоцентрическая система отсчёта

План решения:

Для определения типа системы отсчёта необходимо проверить выполнение первого закона Ньютона (закона инерции) в данной системе. Система отсчёта называется инерциальной, если в ней свободные тела движутся равномерно и прямолинейно или покоятся. Если же на тело действуют силы, но оно не находится в равновесии относительно выбранной системы отсчёта, либо наблюдаются ускорения без видимых причин, такая система является неинерциальной.

Вычисление и анализ:

Рассмотрим мяч, который свободно падает в поле тяжести Земли. На него действует сила тяжести F_g=mg. Согласно второму закону Ньютона, мяч движется с ускорением a=g относительно поверхности Земли (которую мы обычно считаем приближённо инерциальной системой).

Теперь свяжем систему отсчёта непосредственно с падающим мячом. В этой системе координат сам мяч всегда находится в состоянии покоя (v=0, a=0). Однако на мяч продолжает действовать реальная физическая сила — сила тяжести mg.

В инерциальной системе отсчёта наличие ненулевой результирующей силы должно вызывать ускорение тела. Здесь же сила есть, а ускорения нет. Это противоречие разрешается только тем, что система отсчёта, связанная с падающим телом, является неинерциальной . Чтобы описать движение других тел в этой системе, нам пришлось бы ввести фиктивные силы инерции, компенсирующие силу тяжести.

Проверка:

Представим, что рядом с падающим мячом находится другой объект, например, второй такой же мяч, брошенный горизонтально. Относительно первого мяча второй будет двигаться по сложной траектории, хотя внешних сил (кроме гравитации, которая одинакова для обоих) между ними нет. Движение относительно друг друга происходит с постоянным относительным ускорением, равным нулю только если они оба падают вертикально, но даже тогда любые другие объекты будут казаться ускоряющимися без действия сил. Это подтверждает неинерциальный характер системы.