1 Объясните, почему для ответа на вопрос о причине изменения скорости тела систему отсчёта необходимо выбирать специальным образом. Расскажите, как это следует делать.
При рассмотрении изменения скорости тела выбор системы отсчета имеет существенное значение из-за относительности движения. Чтобы корректно определить причину изменения скорости, нужно выбрать такую систему отсчета, в которой отсутствуют внешние силы. Это может быть инерциальная система отсчета, где тело движется равномерно и прямолинейно или система, в которой известны и учтены все внешние силы. Выбор правильной системы позволяет упростить анализ и получить более точные результаты.
2 Сформулируйте определение инерциальной системы отсчёта.
Инерциальная система отсчета - это система, в которой тело, на которое не действуют внешние силы, движется равномерно и прямолинейно или покоится. В такой системе законы Ньютона остаются справедливыми, и отсутствует влияние ускорения системы на изучаемые объекты.
3 Дайте краткую и полную формулировку первого закона Ньютона.
Первый закон Ньютона утверждает, что тело остается в покое или движется равномерно и прямолинейно, если на него не действуют внешние силы. Краткая формулировка: "Тело находится в покое или движется равномерно, если на него не действуют внешние силы." Полная формулировка: "Каждое тело сохраняет свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют внешние силы."
1 Тело находится в состоянии покоя в ИСО. Чему равно значение скорости этого тела в ИСО, которая движется относительно первой системы отсчёта со скоростью, имеющей значение v?
Если тело находится в состоянии покоя в инерциальной системе отсчета (ИСО), и имеется другая инерциальная система отсчета, движущаяся относительно первой со скоростью v, то скорость тела во второй системе отсчета также будет равна v.
2 Тело движется относительно Земли с ускорением. Можно ли утверждать, что на это тело действует другое тело (или другие тела)?
3 Может ли иметь ускорение тело, движущееся по инерции, относительно: а) инерциальной; б) неинерциальной системы отсчёта?
Тело, движущееся по инерции, то есть равномерно и прямолинейно, не имеет ускорения в инерциальной системе отсчета. В инерциальной системе отсчета (ИСО) тело сохраняет свое состояние движения.
4 Представьте себя сидящим в купе поезда с занавешенным окном. Звукоизоляция столь хороша, что перестука колёс во время движения услышать невозможно. Сможете ли вы определить, движется ли поезд с постоянной скоростью или же он стоит неподвижно?
В этих условиях, где невозможно услышать звуки от колёс, я не смогу определить, движется ли поезд с постоянной скоростью или находится в покое. Отсутствие звука от колёс не предоставляет информации о движении поезда. Для определения его состояния мне потребовалась бы дополнительная информация, такая как вибрации или другие ощущения, связанные с движением.
5 Предположим, что вы сидите в купе поезда, о котором говорилось в упражнении 4. Вам известно, что поезд находится на прямолинейном горизонтальном отрезке дороги. Вы положили на горизонтальный пол вагона стальной шарик и увидели, что он некоторое время оставался неподвижным. Потом он покатился: а) к передней стенке вагона с некоторым ускорением; б) к задней стенке вагона с тем же ускорением. Что вы можете сказать о характере движения поезда в этих случаях? Ответы обоснуйте.
Если стальной шарик вначале оставался неподвижным на горизонтальном полу вагона и затем покатился к передней стенке вагона с некоторым ускорением, то можно сделать следующие выводы:
а) Поезд тормозит или замедляет своё движение. Так как шарик остаётся неподвижным относительно вагона, то вагон движется быстрее, чем шарик. Поэтому, когда шарик отпущен, он начинает двигаться к передней стенке вагона из-за инерции.
б) Если шарик покатился к задней стенке вагона с тем же ускорением, это может свидетельствовать о том, что поезд тормозит или замедляется, но ускорение вагона превышает ускорение шарика. Шарик начинает движение в том же направлении, что и движущийся вагон, из-за сохранения инерции.