Неинерциальные системы отсчета

Введение

Тема данного исследования на сегодняшний день актуальна в силу того, что ряд авторов признают силу инерции, как существующую, а не фиктивную. Введение сил инерции дает возможность описывать движение тел в любых (как инерциальных, так и неинерциальных) системах отсчета с помощью одних и тех же уравнений движения. Следует отчетливо понимать, что силы инерции нельзя ставить в один ряд с такими силами, как упругие, гравитационные силы и силы трения, т.е. силами, обусловленными воздействием на тело со стороны других тел. Силы инерции обусловлены свойствами той системы отсчета, в которой рассматриваются механические явления. В этом смысле их можно назвать фиктивными силами. Введение в рассмотрение сил. инерции не является принципиально необходимым. В принципе любое движение можно всегда рассмотреть по отношению к инерциальной системе отсчета. Однако практически часто представляет интерес как раз движение тел по отношению к неинерциальным системам отсчета, например по отношению к земной поверхности. Использование сил инерции дает возможность решить соответствующую задачу непосредственно по отношению к такой системе отсчета, что часто оказывается значительно проще, чем рассмотрение движения в инерциальной системе.

Что касается вопроса, о включении в курс физики средней школы понятия "неинерциальные системы отсчета", то он рассматривался в середине семидесятых годов, однако, в то время методической поддержки он не получил. Считалось, что изучение этих понятий недоступно для школьников. В последние годы были проведены исследования, которые позволили подойти к решению проблемы формирования понятий "неинерциальные системы отсчета" и "силы инерции" с новых позиций. Поэтому своевременность обращения к этой проблеме обусловлена теми противоречиями, которые присущи современному процессу обучения:

между необходимостью формирования у учащихся целостного представления о современной физической картине мира и ограничением объема учебного материала;

между расширенной информационной средой (телевидение, научно-популярная литература и др.), окружающей школьников и создающей условия для изучения понятий "неинерциальные системы отсчета" и "силы инерции", и недостаточностью разработки соответствующих методических основ для введения этих понятий в курс физики средней школы;

между требованиями к отбору содержания курса физики по вопросу формирования современной физической картины мира и недостаточной разработкой соответствующих учебных технологий обучения.

Преодоление этих противоречий может способствовать включение в учебный материал понятий "неинерциальные системы отсчета" и "силы инерции".

Таким образом, актуальность исследования обусловлена тем, что в настоящее время появляется возможность для разработки методики изучения понятий "неинерциальные системы отсчета" и "силы инерции" в курсе физики средней школы, что позволит повысить уровень систематизации знаний и даст возможность рассматривать с более глубоких научных позиций происходящие физические явления, а это, в свою очередь, будет способствовать формированию у школьников целостных представлений о современной физической картине мира.

Объектом исследования является процессы проявления сил инерции на Земле.

Предмет исследования - изучения понятий "неинерциальные системы отсчета" и "силы инерции".

Цель исследования - обоснование формирования понятий "неинерциальные системы отсчета" и "силы инерции", а так же обоснование проявления данных сил на Земле.

Неинерциальные системы отсчета

Неинерциальными называют такие системы отсчета, в которых не выполняются законы Ньютона. Не выполняется закон инерции, ибо в таких системах отсчета тело, на которое не действуют другие тела, не сохраняет своего состояния покоя или равномерного прямолинейного движения. Не выполняется второй закон Ньютона, так как тело может иметь ускорение, не испытывая действия со стороны другого тела. Наконец, не выполняется и третий закон Ньютона, ибо тело, испытывая действие некоторой силы инерции, не оказывает противодействия (нет тела, к которому должно быть приложено это противодействие). Системы отсчета, движущиеся равномерно и прямолинейно относительно инерциальной системы, являются инерциальными. Неинерциальными же будут все те системы отсчета, которые движутся с ускорением относительно какой-либо инерциальной системы. Различают два вида неинерциальных систем отсчета: системы, движущиеся относительно инерциальной системы отсчета поступательно с постоянным или переменным ускорением, и системы, вращающиеся с постоянной или переменной угловой скоростью относительно некоторого центра или некоторой оси. Произвольное движение системы всегда можно представить в виде суммы указанных двух движений.