Описание движения и покоя тела, находящегося в неинерциальной системе отсчета. Раскрытие понятия невесомости и искусственной силы тяжести, выявление особенностей движения в безопорном пространстве. Описание применения закона сохранения импульса к ударам.
Аннотация к работе
Рассмотрим тело, которое находится в неинерциальной системе, движущейся относительно инерциальной системы с ускорением ас. Векторная величина, равная произведению массы тела на ускорение системы и направленная в сторону, противоположную ускорению системы, называется силой инерции: Fи=-m?ac. Сила инерции не является реальной силой, так как она не действует со стороны какого либо тела. Д"Аламбер установил, что если ко всем реальным силам (действующим со стороны других тел) добавить силу инерции, то в неинерциальной системе можно использовать все законы и формулы, которые справедливы для инерциальных систем. Пусть тело массой т подвешено на нити в кабине космического корабля, который стартует с Земли и поднимается вверх с ускорением «а».Так как сила тяготения и сила инерции неотличимы, то при использовании неинерциальной системы их обычно складывают (как вектора) и эту сумму называют силой тяжести. Силой тяжести, действующей на тело в неинерциальной системе отсчета, называется сумма силы тяготения и силы инерции: F тяж = F тяг F и (1.1) Сила тяжести сообщает всем телам одинаковое ускорение (относительно данной системы), которое называют местным ускорением свободного падения В примере со стартующим кораблем gm=a g. В этой системе тело движется с ускорением под действием силы натяжения нити (Т) и силы тяжести (mg). Складывая эти силы, находим силу тяжести (рис.Невесомость возникает внутри любого аппарата, который движется под действием одной единственной силы - силы тяготения. Практика показала, что работа человека в условиях невесомости требует специальных навыков, а длительное пребывание в невесомости отрицательно сказывается на физическом состоянии человека и животных. Для работы в условиях невесомости и пониженной силы тяжести (например, на Луне) космонавт должен понимать суть этих явлении и, конечно, уметь правильно двигаться. Знания о двигательной активности человека в невесомости и при пониженной силе тяжести накапливаются в ходе специальных медико-биологических экспериментов, широко использующих биомеханические методы. Такие эксперименты, например, показали, что при пониженном тяготении темп и энерготраты локомоторных движений человека снижаются; локомоции и состояние человека характеризуются увеличенным сгибанием в крупных суставах; становится доступен способ передвижения прыжками.Например, вес тела в покое на Земле равен mg, а вес тела в покое в кабине стартующего корабля больше чем на Земле и равен m?(g а), как следует из формул 1.2 и 1.6. Если пользоваться системой отсчета, в которой тело находится в состоянии покоя, то вес тела равен (и по величине и по направлению) действующей на него силе тяжести (формула 1.6). Поэтому можно сказать, что перегрузку испытывает тело, находящееся в системе отсчета, в которой сила тяжести превышает земную. Величину перегрузки принято характеризовать отношением силы тяжести, действующей в данной системе отсчета, к силе тяжести на Земле. Например, если космический корабль стартует с ускорением а = 4g, то согласно формуле (1.2) вес тела в корабле равен 5mg, а вес тела на земле равен mg.Если тела, составляющие замкнутую механическую систему, взаимодействуют между собой только посредством сил тяготения и упругости, то работа этих сил равна изменению потенциальной энергии тел, взятому с противоположным знаком: A =-(Ep2 - Ep1). Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой консервативными силами, то есть силами, для которых можно ввести понятие потенциальной энергии. Пример применения закона сохранения энергии - нахождение минимальной прочности легкой нерастяжимой нити, удерживающей тело массой m при его вращении в вертикальной плоскости (задача Х. Закон сохранения энергии для тела в верхней и нижней точках траектории записывается в виде: Обратим внимание на то, что сила натяжения нити всегда перпендикулярна скорости тела; поэтому она не совершает работы. При минимальной скорости вращения натяжение нити в верхней точке равно нулю и, следовательно, центростремительное ускорение телу в верхней точке сообщается только силой тяжести: Из этих соотношений следует: Центростремительное ускорение в нижней точке создается силами и направленными в противоположные стороны: Отсюда следует, что при минимальной скорости тела в верхней точке натяжение нити в нижней точке будет по модулю равно F = 6mg.Покой и движение тела относительны, скорость движения тела зависит от выбора системы отсчета. По второму закону Ньютона независимо от того, находилось ли тело в покое или двигалось, изменение скорости его движения может происходить только при действии силы, т. е. в результате взаимодействия с другими телами. Если на тело массой m в течение времени t действует сила и скорость его движения изменяется от до до , то ускорение движения тела равно . Выражение (5.2) показывает, что имеется физическая величина, одинаково изменяющаяся у всех тел под действием одинаковых сил, если время действия силы одинаково. Эта физич