ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер 4.5: Инерциальные системы отсчёта. I закон Ньютона

План решения:

Для определения инерциальности системы отсчёта (СО) необходимо проверить, выполняется ли в ней закон инерции. Инерциальной считается СО, которая либо покоится относительно другой инерциальной СО, либо движется относительно неё равномерно и прямолинейно. Если система отсчёта движется с ускорением (изменяет скорость по модулю или направлению), она является неинерциальной.

Вычисление и анализ пунктов:

1. Движется равномерно по прямолинейному участку шоссе.
   Скорость автомобиля постоянна (v=const), траектория — прямая линия. Ускорение a=0. Такая система отсчёта движется относительно Земли (которую мы считаем инерциальной) равномерно и прямолинейно. Следовательно, эта СО является инерциальной .
2. Разгоняется по прямолинейному участку шоссе.
   Автомобиль увеличивает свою скорость, значит, имеет ускорение a>0 вдоль направления движения. Система отсчёта, связанная с телом, имеющим ускорение относительно инерциальной системы, сама становится неинерциальной. В такой системе на тела будут действовать фиктивные силы инерции. Следовательно, эта СО не является инерциальной .
3. Движется равномерно по извилистой дороге.
   Хотя модуль скорости постоянен (|v|=const), направление вектора скорости постоянно меняется из-за кривизны траектории. Это означает наличие центростремительного ускорения a_c=v²/R≠0. Поскольку есть ускорение, система отсчёта не может быть инерциальной. Следовательно, эта СО не является инерциальной .
4. По инерции вкатывается на гору.
   При движении вверх по склону под действием силы тяжести автомобиль замедляется. Его скорость уменьшается, то есть имеется ускорение, направленное вниз по склону (a≠0). Наличие ускорения делает систему отсчёта неинерциальной. Следовательно, эта СО не является инерциальной .

Проверка результата:

Мы использовали определение инерциальной системы отсчёта: отсутствие ускорения относительно «лабораторной» инерциальной системы (Земли). Во всех случаях, кроме первого, автомобиль имел ненулевое ускорение (либо за счёт изменения модуля скорости, либо за счёт изменения направления). Только в пункте 1 движение было строго равномерным и прямолинейным, что соответствует условию инерциальности.