.
Меню сайта
|
Законы природы и системы отсчетаЗаконы природы и системы отсчетаМы очень подробно остановились на изучении движения тел относительно различных наблюдателей потому, что это имеет фундаментальное значение не только для механики, но и для всей физики. Физика изучает различные явления природы и стремится подметить законы, управляющие этими явлениями. Например, утверждение Ньютона, что сила равна массе, умноженной на ускорение,— это закон природы. Закон природы потому и называется законом, что он действует всегда независимо от того, кто и как наблюдает его проявления. Физики условились называть «настоящими» законами природы только такие, которые не зависят от состояния и движения системы отсчета. В этом смысле утверждение «сила равна массе, умноженной на ускорение» есть закон природы, справедливый для всех инерциальных систем отсчета. Поясним это на примерах. При падении на землю любого тела проявляется закон сохранения энергии. Приращение кинетической энергии в любой момент равно убыли потенциальной энергии. Для наблюдателя, стоящего на земной поверхности, в течение всего времени справедливо соотношение:
где m — масса тела, v — его мгновенная скорость относительно земного наблюдателя, g — коэффициент ускорения, h — расстояние от Земли, Е — постоянная энергия падающего тела. Для наблюдателя, двигающегося равномерно вверх, формулу этого закона следует преобразовать, как это показано в формулах (3) и (4):
Здесь v0 — постоянная скорость движения наблюдателя, а v1— мгновенная скорость тела относительно движущегося наблюдателя. Это уравнение подтверждает закон сохранения энергии, он, как говорят физики, инвариантен, т. е. остается неизменным при преобразованиях Галилея. Таким образом, закон сохранения энергии — «настоящий» закон природы, не зависящий от наблюдательного пункта.
Рассмотрим также другой закон природы — закон сохранения количества движения, или, как он иначе называется, закон импульса (рис. 4). Представим себе, что из лодки, двигающейся со скоростью течения реки v, прыгает в воду пловец с начальной скоростью v1. Масса лодки и масса пловца соответственно равны т и М. Тогда относительно неподвижного наблюдателя закон сохранения количества движения можно записать формулой:
К этой лодке приближается другая — с наблюдателем. Если скорость лодки относительно течения реки будет v0, наблюдатель запишет закон сохранения импульса в таком виде:
|
ПОИСК
Block title
|