Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции в поступательных и во вращательных неинерциальных системах отсчета.
Неинерциальной системой отсчета называется система, движущаяся ускоренно относительно инерциальной. В инерциальных системах отсчета единственной причиной ускоренного движения тела являются силы, действующие на него со стороны других тел. Не так обстоит дело в неинерциальных системах отсчета. Тело может двигаться ускоренно в такой системе при отсутствии взаимодействия с другими телами. Основная причина введения в механику неинерциальных систем состоит в том, что иногда с их помощью проще проанализировать и описать движение.
При построении теории движения в неинерциальных системах полагается, что в неинерциальных системах, так же как и в инерциальных, ускорения вызываются только силами, но наряду с “обычными” силами взаимодействия существуют еще фиктивные силы, называемые силами инерции. Уравнение движения в неинерциальных системах записывается так же как в инерциальных (в форме второго закона Ньютона). Силы инерции берутся такими, чтобы обеспечить в неинерциальных системах отсчета те ускорения, которые фактически имеются.
Второй закон Ньютона в неинерциальных системах имеет следующий вид
,
где a′
– ускорение в неинерциальной системе
отсчета, F
– “обычные” силы взаимодействия,
– силы инерции.
Для определения сил инерции запишем уравнения движения в неинерциальной и инерциальной системах отсчета
,
.
Из
этих уравнений для силы инерции получаем
.
Неинерциальные вращательные системы отсчета. При рассмотрении неинерциальных поступательных систем отсчета соотношения между абсолютной, переносной и относительной скоростями и соответствующими ускорениями были совершенно одинаковыми. У вращательных систем дело обстоит сложнее. Абсолютная скорость по-прежнему является суммой переносной и относительной скоростей
,
а абсолютное ускорение в таком
простом виде не представляется.
Действительно, при перемещении из одной
точки вращающейся системы координат в
другую изменяется переносная скорость
точки. Поэтому, если даже относительная
скорость точки при движении не меняется,
она должна испытывать ускорение, отличное
от переносного. Таким образом, для
вращательных систем координат ускорение
,
где дополнительное слагаемое
называется
кориолисовым
ускорением.
Можно показать, что для равномерно вращающейся системы отсчета
,
где
есть составляющая вектора r,
перпендикулярная вектору угловой
скорости ω
(оси вращения), и
,
где
– относительная скорость.
По общей формуле (5) можно найти силы инерции во вращательной системе координат. Имеем
.
Сила инерции, связанная с переносным
ускорением,
называется
центробежной
силой инерции.
Она направлена вдоль радиуса от оси
вращения. Центробежные силы используются
в центрифугах для отжима белья и в
сепараторах для отделения сливок от
молока.
Сила инерции, связанная с кориолисовым ускорением
называется
силой
Кориолиса.
Она перпендикулярна плоскости, в которой
лежат векторы угловой и относительной
скоростей.
Действием силы Кориолиса объясняется ряд наблюдаемых на Земле явлений. Так, если тело движется в северном полушарии на север (рис.), то действующая на него сила Кориолиса будет направлена вправо по отношению к направлению движения. Если тело движется на юг, то сила Кориолиса также действует вправо по отношению к движению. Поэтому в северном полушарии наблюдается более сильное подмывание правых берегов рек; при одностороннем движении правые рельсы железнодорожных путей изнашиваются быстрее, чем левые. В южном полушарии, наоборот, сила Кориолиса направлена влево по отношению к направлению движения.
Изопроцессы. Изопроцессы идеального газа.
Макропараметры: давление, объем и температура описывают состояние газа. Если при неизменной массе газа один из параметров не изменяется, получим изопроцессы
Изопроцессы идеальных газов - изохорный, изобарный и изотермический.
Билет 8: