1.26 Силы инерции

при ускоренном поступательном движении системы отсчета__________________

Т ележка покоится или движется равномерно и прямолинейно (опыт)

Нить, удерживающая шарик, вертикальна, и си­ла тяжести Р уравновешивается силой реакции нити .

Тележка движется равномерно и прямолинейно (опыт)

Нить начнет отклоняться от вертикали назад до такого угла а, пока результирующая сила не обеспечит ускорение шарика, рав­ное .

Инерциальная система отсчета

(анализ опытных данных)______________________________________________________________________

В системе отсчета, связанной, например, с помещением, на шарик дейст­вует результирующая сила , направленная в сторону ускорения тележ­ки а₀, и для установившегося движения шарика (шарик теперь движется вместе с тележкой с ускорением а₀) равна F = mg tg а = ma₀, откуда ( тем больше, чем больше ускорение тележки).

Неинерциальная система отсчета

(анализ опытных данных)_______________________________________________________________________

В системе отсчета, связанной с ускоренно движущейся тележкой, шарик покоится, что возможно, если сила уравновешивается равной и про­тивоположно направленной ей силой F_u, которая является не чем иным, как силой инерции, так как на шарик никакие другие силы не дейст­вуют. .

Примеры проявления сил инерции. Когда поезд набирает скорость, то пасса­жир, сидящий по ходу поезда, под действием силы инерции прижимается к спинке сиденья. Наоборот, при торможении поезда сила инерции направлена в противоположную сторону и пассажир удаляется от спинки сиденья. Особенно эти силы заметны при внезапном торможении поезда. Силы инерции проявляют­ся в виде перегрузок, которые возникают при запуске и торможении космиче­ских кораблей.

Силы инерции, действующие на тело,

покоящееся во вращающейся системе отсчета_______________________________

Диск вращается вокруг вертикальной оси с угловой скоростью (опыт)

Н а диске, на разных расстояниях от оси вращения установлены ма­ятники (на нитях подвешены ша­рики массой m). При вращении диска маятники отклоняются от вертикали на некоторый угол а.

Инерциальная система отсчета

(анализ данных)__________________________________________________________________________________

В системе отсчета, связанной, например, с помещением, шарик равно­мерно вращается по окружности радиусом R (расстояние от центра вра­щающегося шарика до оси вращения). Следовательно, на него действует сила, равная F = m ω²R и направленная перпендикулярно оси вращения диска. Она является равнодействующей силы тяжести и силы натяжения нити . Для установившегося движения шарика , откуда tg = ω ² R/g ( тем больше, чем больше R и ω).

Неинерциальная система отсчета

(анализ данных)__________________________________________________________________________________

В системе отсчета, связанной с вращающимся диском, шарик покоится, что возможно, если сила уравновешивается равной и противоположно направленной ей силой , которая является не чем иным, как силой инерции, так как на шарик никакие другие силы не действуют. Сила F_ц, называемая центробежной силой инерции, направлена по горизонтали от оси вращения диска, F_ц = -m·ω²R.

Примеры проявления сил инерции. Действию центробежных сил инерции под­вергаются, например, пассажиры в движущемся транспорте на поворотах, лет­чики при выполнении фигур высшего пилотажа. При проектировании быстро вращающихся деталей машин (роторов, винтов самолетов и т. д.) принимаются специальные меры для уравновешивания центробежных сил инерции.

♦ Центробежная сила инерции (F_ц = -m·ω²R) не зависит от скорости тел относи­тельно вращающихся систем отсчета, т. е. действует на все тела, удаленные от оси вращения на конечное расстояние, независимо от того, покоятся ли они в этой системе или движутся относительно нее с какой-то скоростью.