ГЛАВА 17. ЗАКОНЫ ДВИЖЕНИЯ

1. Первый закон Ньютона (закон инерции)

При изучении инерции в средней школе обычно решают задачи, в которых не принимаются во внимание размеры тела, т. е. рассматривают инерцию материальной точки. При решении задач целесообразно пользоваться первым законом Ньютона в следующей формулировке, учитывая, что в реальных условиях нет тел, на которые не действовали бы другие тела. Тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него действуют уравновешивающиеся силы.

Реальное тело, на которое действуют уравновешивающиеся силы, может находиться не только в покое или равномерном прямолинейном движении, но и вращаться равномерно вокруг оси. Ввиду большого мировоззренческого и практического значения сведений о вращении тел по инерции на эту тему следует решить несколько качественных задач.

Закон инерции выполняется не во всяких, а только в инерциальных системах отсчета, что следует показать при решении задач типа 359—361.

Закон инерции с достаточным для большинства практических целей приближением выполняется в земных условиях и практически точно в солнечной системе и системе, связанной со звездами.

При решении задач на первый закон Ньютона в VIII классе нужно учитывать и использовать знания, которые учащиеся получили в VI классе. Для повторения материала полезно решить несколько несложных задач, подобных приведенным в гл. 5.

355. Древнегреческий ученый Аристотель утверждал, что без силы нет движения, а французский ученый Декарт писал: «Полагаю, что природа движения такова, что если тело пришло в движение, уже этого достаточно, чтобы оно его продолжало с той же скоростью и в направлении той же прямой линии, пока оно не будет остановлено или отклонено какой-либо другой причиной». Кто прав — Аристотель или Декарт? Подтвердите свои выводы примерами. В чем отличие формулировок закона инерции, данных Декартом и Ньютоном?

356. Парашютист падает с постоянной скоростью. Чему равна сила сопротивления воздуха при этом движении?

357. По условию задачи 67 определите силы, действующие на шарик, если его масса равна 10 г.

Назначение задач 356—357 — углубить понятие о том, что при равномерном и прямолинейном движении на тело действуют уравновешенные силы.

358. Зачем на вал ветроэлектродвигателя насаживают маховик?

359. Справедлив ли закон инерции для системы отсчета, связанной с автобусом, который: а) набирая скорость, отходит от остановки; б) тормозит, подъезжая к остановке; в) движется с постоянной скоростью на прямолинейном участке пути; г) движется по криволинейному участку пути.

Ответ. Для случаев а, б, г закон инерции для системы отсчета, связанной с автобусом, не справедлив. Эта система неинерциальная, так как в ней можно наблюдать неравномерные и криволинейные движения тел, хотя на них не действуют другие тела: например, при остановке пассажиры наклоняются вперед; на криволинейном участке пути наклоняются в сторону и т. д. В случае в система инерциальная.

360. В «Занимательной физике» Я. И. Перельмана обсуждается «самый дешевый способ путешествовать» — подняться на воздушном шаре и подождать, пока Земля повернется. Поскольку линейная скорость точек на экваторе около (№ 354) и даже на широте Ленинграда — то это видимо и «очень быстрый способ путешествовать». Осуществим ли он? Ответ объясните.

Ответ. Неосуществим. Воздушный шар по инерции движется с такой же скоростью, как и поверхность Земли, с которой он поднялся.

Иногда ученики считают, что такой способ путешествия неосуществим потому, что шар увлекается земной атмосферой. Если подняться и за пределы атмосферы, например на ракете, то все равно путешествие окажется невозможным по указанной выше причине.

361. Тело при свободном падении отклоняется от вертикали к востоку. Объясните почему? На сколько отклонится к востоку шарик, падающий на экваторе в шахте глубиной Сопротивлением воздуха пренебречь. На основе этого сделайте вывод о том, является ли Земля инерциальной системой.

Решение. По инерции шарик отклонится к востоку на расстояние где разность скоростей движения точек земной поверхности и дна шахты, время падения шарика.

экваториальный радиус Земли, период ее вращения и глубина шахты.

Так как

Принимая получим:

Отклонение тела к востоку по вертикали, хотя в этом направлении на него не действовали силы, говорит о том, что Земля не является, строго говоря, инерциальной системой.